魚類在極冷環境下生存的新基因機製被揭示

幼小的冰魚。鳴謝:彼得·巴克特勞特/巴斯/舒特斯托克
（神秘的地球uux.cn）據威康信托桑格研究所：一個由英國劍橋大學和韋爾科姆桑格研究所、挪威奧斯陸大學以及荷蘭、瑞士和美國研究所組成的國際團隊已經對24種南極魚類的基因組進行了測序。他們的工作發表在《自然通訊》上，使得研究這些魚如何在零下的南大洋中生存成為可能，並揭示了這些標誌性動物的進化史。
南極魚是一種獨特的魚類。它們生活在南極冰層下的寒冷水域，由於環繞南極大陸的環流，它們基本上與海洋世界的其他部分隔離開來。南極魚進化出了抗凍蛋白，這使它們能夠在水溫中生存，水溫可以達到-2攝氏度，這對大多數物種來說是一個不利的環境。南極魚的一個亞群——稱為“冰魚”——已經失去了它們的氧結合血紅蛋白，這使它們成為已知唯一沒有紅細胞的脊椎動物。
研究人員對24種南極魚的基因組進行了測序。這些新的基因組數據是使用最新的長讀取技術生成的，這使該團隊能夠確定基因組中複雜、重複的DNA區域的序列，這在以前是不可能破譯的。利用這些新數據，他們探索了南極魚的進化史和支持適應極端寒冷的機製。他們表明，耐寒的南極魚在大約1070萬年前從其他物種中分離出來，這比以前認為的更近，許多新物種在大約500萬年前開始快速進化。
幾個基因組特征有助於這個群體的生存和建立。研究人員發現，擅長極端寒冷的物種，如鱧科或“冰魚”的基因組大小翻了一番基因組大小的這種擴大是由於稱為轉座子的基因組元件數量的大量增加，轉座子具有將自身複製到基因組內新位置的能力，並可能引入新功能。
與此同時，通常被認為對生存至關重要的功能，如血紅蛋白的產生，在“冰魚”中已經喪失了。
“在如此惡劣的環境中生存需要生物體的額外補償，這些魚已經發展出特殊的蛋白質，作為防凍劑來阻止它們凍結，”Iliana Bista博士說。
“這些魚是已知的唯一完全失去血紅蛋白的脊椎動物，它們的血液看起來是白色的。這是值得注意的，因為血紅蛋白是身體運輸氧氣所必需的；它們在冰魚中的損失是可能的，因為氧氣在非常低的溫度下更好地溶解在水中，並且因為額外的基因組和生理適應。”
“南極魚生活在生存能力的邊緣。對它們基因組的廣泛收集進行測序，有助於深入了解它們是如何進化到在那裏生存的，並支持我們對關鍵生態係統的理解。理查德·德賓教授說:“這項研究是一個很好的例子，表明基因組學的進步正在徹底改變我們理解世界生物多樣性的能力。