海龙的基因之谜解开了

杂草丛生的Seadragon

seadragon (Phyllopetryx taeniolatus)生活在澳大利亚西部和南部沿海。由康斯坦茨大学进化生物学家阿克塞尔·迈耶(Axel Meyer)参与的一个国际研究小组现在发现了海龙某些外部特征的遗传基础,比如它没有牙齿,以及它独特的叶状附属物。研究小组还在海龙基因组中定位了性别决定基因。该研究于2021年8月18日发表科学的进步

伪装的专家

海龙与海马、笛鱼同属于海龙科。它们的名字来源于它们像龙一样的身体形状和它们特殊的叶状皮肤附属物的壮观颜色。它们被认为是伪装专家,因为它们能模仿海藻的外观。像Syngnathidae家族的其他成员一样,海龙表现出特殊的适应和行为:它们有一个管状的、没有牙齿的嘴,它们没有鱼类典型的腹鳍和腹鳍和鳞片,但它们整个身体覆盖着一个多骨的壳。

干海马被用于中药,这导致许多物种处于高度濒危状态。它们不是水平游泳,而是在珊瑚礁和浅水区缓慢滑行,几乎是垂直的——像马一样——低头。它们那可缠绕的尾巴可以用来抓住东西。像其他海马物种一样,雄性海龙负责保护附着在身体外面的亮粉色卵,直到它们孵化。

Seadragon

海龙是一种非常不寻常的鱼类,它的基因组已经被破译。包括康斯坦茨的进化生物学家阿克塞尔·迈耶(Axel Meyer)在内的一个国际研究团队的研究成果发表在《科学进展》杂志上。图片来源:康斯坦茨大学

来自中国、新加坡、日本和德国五个团队的研究人员在对海龙的基因组测序和其他外部特征的遗传基础进行研究的同时,将他们的研究重点放在了海龙的性别决定、牙齿脱落和新进化的皮肤附属体上。由广州中国科学院林强教授领导的研究小组显示,一系列基因负责这种进化发展,通常控制着鳍的发育。海龙的叶状皮肤附属物因此是高度变化的鳍射线。

和海马一样,海龙也没有牙齿。它们用长长的鼻子吸进食物,小甲壳类动物,然后把它们整个吞下去。基因组分析显示,在海马的亲属中,也有一些基因缺失,这些基因有助于其他鱼类和人类牙齿的发育。研究小组通过关闭斑马鱼的scpp5基因来验证相应的scpp5基因假说,斑马鱼是一种被充分研究过的带有咽部牙齿的生物模型。不出所料,变异鱼的牙齿减少了。分子生物学CRISPR-Cas实验证明了牙齿缺失基因的功能。

雄性照顾受精卵

这也是典型的雄性成员照顾受精卵直到他们孵化。雄性海马已经发育出育儿袋,但较老的雄性海龙的尾巴上仍然明显地携带着粘性卵。雌性海龙将卵产在雄性海龙身体的这个特殊位置,然后它们就会被雄性海龙携带着,从而免受捕食者的伤害。通常情况下,雄性鱼照顾受精卵比雌性鱼更常见,尽管这种特殊形式只在海马家族成员中进化出来。

在此背景下,研究人员寻找了以前在海龙身上未知的性别决定机制。总的来说,很难确定鱼类的性别,因为在大多数情况下,它们没有特殊的性染色体,像哺乳动物的X染色体和Y染色体。研究小组发现,海龙性别决定的分子基础存在于缪勒激素中,就像之前在海马中发现的那样。

海龙基因组的测序是广州和康斯坦茨研究团队长期合作的附加项目的一部分。2016年,两个研究小组在《自然》杂志上发表了第一篇关于海马基因组的文章,今年《自然通讯》杂志上发表了第二篇关于21个新的海马基因组的文章。Axel Meyer:“我们对基因组的研究旨在获得这些动物相应的表型或“本质”。我们正在努力了解动物的基因组序列和我们对基因功能的了解。海龙是一种看起来完全不像普通鱼类的鱼。它们是一个特别迷人和美丽的物种。”

参考:“Seadragon基因组分析提供了洞察其表型和性别决定轨迹”瞿孟,海滨住宅Liu竞争张世明湾Vydianathan拉维,耿秦,汉,新王,洛,Bo, Zexia高,Ann Huysseune音响喇叭,郝,泽林,海盐,永丽,唐,春燕Li Jia钟,李明,王风铃,郑洪坤,尹建平,Paul Eckhard Witten, Axel Meyer, Byrappa Venkatesh和Lin Qiang, 2021年8月18日,科学的进步
DOI: 10.1126 / sciadv.abg5196

关键事实:

  • 海龙表型的遗传学基础及性别决定背后的遗传机制的研究
  • 来自中国、新加坡、日本和德国的五个团队合作研究,包括进化生物学家Axel Meyer教授

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