基因组剖析体型最庞大的硬骨鱼 揭示其快速生长及体形巨大的奥秘

2016年9月9日，来自深圳国家基因库和新加坡A*STAR研究所的研究人员，包括诺贝尔奖获得者Sydney Brenner在内组成的研究团队首次破译了世界上最大的硬骨鱼--翻车鱼（Mola mola, 又称海洋太阳鱼）的基因组，并在开放期刊GigaScience上公布了其研究成果。翻车鱼基因组研究发现了许多特异性的基因变化，这些变化也许可以解释其快速的生长速率、巨大的体形和不同寻常的骨骼形态。

翻车鱼广泛分布于地中海和大西洋这样的热带和温带海域，可长成2.7米长，2.3吨重的巨型体形。尽管翻车鱼的主要食物来源是营养贫瘠的水母，它却可以以大约每天1公斤的惊人速率生长。而其他的鱼类每天只生长0.02到0.5公斤。除了惊人的生长速率，雌性翻车鱼可以产生比其他任何已知脊椎动物更多的卵（一次可达3亿个）。此外缺少尾鳍的翻车鱼，外观奇特，看起来像是被截断了。

项目发起人和共同负责人、来自新加坡A*STAR 研究所的Byrappa Venkatesh说：“我们在2002年对河豚(Takifugu rubripes)进行了全基因组测序，在当时是第二个测了全基因组的脊椎动物。河豚和翻车鱼属于同一目但在形态上有明显的不同。所以为了找出翻车鱼所发生的遗传变化，我们针对翻车鱼进行全基因组测序并和河豚的基因组进行比较，这可以为我们研究翻车鱼及其特异的表型提供线索。”

Hox基因簇控制生物体头尾轴的发育体制，调控胚胎的不同截断发育成为特定的身体部位，比如头、胸部、腹部。研究人员推测，翻车鱼不同寻常的体形可能是由于Hox基因的丢失。然而他们惊讶地发现，事实并非如此，翻车鱼拥有和河豚类似的Hox基因簇，但不能排除这可能是Hox基因簇在翻车鱼里有不同的调控方式。

通过重点研究翻车鱼快速的生长速率和独特体形的遗传背景，该项目的负责人潘海林指出：“相比其他的硬骨鱼，一些和生长激素信号通路相关的基因在翻车鱼里面发生快速进化，这也许可以解释翻车鱼如此巨大的体形和快速的生长速率。”

不像其他的硬骨鱼，翻车鱼的骨架主要是由软骨而不是硬骨构成。为了研究这个问题，研究人员分析了与骨头形成相关的基因。深圳国家基因库副主任、该项目的共同负责人张国捷表示：“我们发现软骨形成编码基因在翻车鱼里面发生了特异性的改变。这些变异更有利于软骨的发育，使得体形巨大的翻车鱼的骨架主要由软骨构成。”

该项目的研究人员表明，利用翻车鱼的基因组来研究其不同寻常的体形、大小和骨骼背后的遗传变化会加速将来对翻车鱼的深入研究，同时促进翻车鱼特异表型背后的遗传机制的研究。

Byrappa Venkatesh说道：“脊椎动物在它们的形态、生理和行为上表现出广泛的多样性。了解这些多样性的遗传基础是进化生物学的一个主要目标。我们仍然还可以从翻车鱼基因组中挖掘出更多信息。例如找出翻车鱼更多的特有遗传变化的方法之一是对更多近缘物种进行全基因组测序，比如刺鲀、箱鲀、鳞鲀和三刺鲀。”

张国捷补充道：“翻车鱼是华大基因与万种脊椎动物基因组联盟（G10K）合作项目中选中的30种鱼类之一。比较基因组学的应用极大的促进了我们对非模式生物的研究以揭示其物种表型多样性和适应性的遗传基础。”