因?yàn)閮芍谎劬﹂L(zhǎng)在身體同一側(cè)，比目魚(yú)成了魚(yú)類中的“另類”。其實(shí)，比目魚(yú)幼體的眼睛跟其它魚(yú)類一樣，都在身體兩側(cè)，只是在發(fā)育過(guò)程中其中一側(cè)的眼睛慢慢“跑偏”，成為怪魚(yú)。比目魚(yú)的眼睛是怎樣湊到一起的呢?近日，記者從黃海水產(chǎn)研究所獲悉，該所研究員陳松林領(lǐng)導(dǎo)的研究組與上海海洋大學(xué)等科研單位合作，破譯了褐牙鲆(比目魚(yú)的一種)全基因組序列，首次通過(guò)基因組解析，揭示了比目魚(yú)眼睛移動(dòng)及體色不對(duì)稱等科學(xué)問(wèn)題。

攻關(guān) 六年繪制基因圖譜

陳松林告訴記者，褐牙鲆基因組繪制共花費(fèi)6年時(shí)間。主要難點(diǎn)在基因組組裝和生物學(xué)問(wèn)題發(fā)掘等。為了攻克基因組組裝難題，研究人員采用純合度更高的雌核發(fā)育牙鲆魚(yú)進(jìn)行基因組測(cè)序，從而獲得了較好的組裝結(jié)果。在生物學(xué)問(wèn)題方面，因?yàn)檠丽沂潜饶眶~(yú)類，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有變態(tài)的習(xí)性，從卵膜中剛孵化出來(lái)的比目魚(yú)幼體，完全不像父母，而且跟普通魚(yú)類的樣子很相似。眼睛長(zhǎng)在頭部?jī)蓚?cè)，每側(cè)各一個(gè)，對(duì)稱擺放。牙鲆仔魚(yú)營(yíng)浮游生活，漂浮在水層中。而在出生后1個(gè)月內(nèi)，褐牙鲆生活習(xí)性逐步發(fā)生變化，從浮游生活變?yōu)榈讞睿粋?cè)的眼睛也開(kāi)始“搬家”，它通過(guò)頭的上緣逐漸移動(dòng)到對(duì)面的一邊，直到跟另一只眼睛接近時(shí)才停止移動(dòng)。此外，有眼側(cè)和無(wú)眼側(cè)的體色也發(fā)生了明顯的變化，變?yōu)椴粚?duì)稱。眼睛位于同側(cè)和體色的不對(duì)稱是褐牙鲆等比目魚(yú)的變態(tài)發(fā)育現(xiàn)象，在牙鲆基因“密碼”解開(kāi)前，無(wú)人能破解其中奧秘。

褐牙鲆形成這種不對(duì)稱的分子機(jī)制是什么?這就是我們通過(guò)牙鲆全基因組測(cè)序所要回答的科學(xué)問(wèn)題。 ”陳松林說(shuō)。因此，在牙鲆全基因組測(cè)序和組裝完成后，陳松林研究員和邵長(zhǎng)偉副研究員就聯(lián)合上海海洋大學(xué)的鮑寶龍教授對(duì)鲆鰈魚(yú)類身體、眼睛和體色等不對(duì)稱形成的分子機(jī)制進(jìn)行了研究分析，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了一些變態(tài)發(fā)育相關(guān)的基因在有眼側(cè)和無(wú)眼側(cè)的表達(dá)存在明顯差異，初步揭示了比目魚(yú)不對(duì)稱的分子機(jī)制。

揭秘 比目魚(yú)變態(tài)發(fā)育機(jī)制

通過(guò)與半滑舌鰨全基因組比較發(fā)現(xiàn)，盡管褐牙鲆和半滑舌鰨在七千萬(wàn)年前就已經(jīng)開(kāi)始分化，但是兩者的基因組存在高達(dá)85%的相似性，且有高達(dá)15534個(gè)同源基因。利用褐牙鲆和半滑舌鰨變態(tài)發(fā)育不同時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，篩選到2307個(gè)差異表達(dá)的直系同源基因，其中包括21個(gè)甲狀腺激素信號(hào)通路基因及9個(gè)視黃酸信號(hào)通路基因。通過(guò)甲狀腺激素合成抑制劑抑制實(shí)驗(yàn)以及視黃酸注射實(shí)驗(yàn)表明，視黃酸通過(guò)干擾甲狀腺激素對(duì)視黃酸受體/甲狀腺激素受體形成的異二聚體作用而抑制眼睛移動(dòng)，揭示了褐牙鲆眼睛的移動(dòng)受到甲狀腺激素和視黃酸信號(hào)通路的拮抗調(diào)控。

同時(shí)，科研人員利用液相色譜和串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)顯示褐牙鲆兩側(cè)皮膚視黃酸濃度存在顯著差異，并且視黃酸注射可以顯著增加皮膚中色素細(xì)胞的數(shù)量，表明視黃酸在比目魚(yú)體色不對(duì)稱發(fā)育中也起到重要調(diào)控作用。尤為有意思的是光傳導(dǎo)通路上的視蛋白在比目魚(yú)皮膚上也有表達(dá)。在不同波長(zhǎng)光照射下，隨著比目魚(yú)在變態(tài)過(guò)程中身體逐漸發(fā)生扭轉(zhuǎn)，有眼側(cè)皮膚的藍(lán)光視蛋白可以接受更多的光照，導(dǎo)致體表視黃酸的合成，誘導(dǎo)成體型色素細(xì)胞分化。而無(wú)眼側(cè)皮膚由于光照較少，導(dǎo)致該體側(cè)不能形成大量黑色素細(xì)胞，從而首次揭示了比目魚(yú)體色左右不對(duì)稱的形成機(jī)制，這對(duì)于理解其它底層魚(yú)類和上層魚(yú)類背腹面體色深淺也有重要幫助。

成果培育牙鲆抗病高產(chǎn)良種

牙鲆是世界性的重要海水養(yǎng)殖魚(yú)類，也是我國(guó)海水魚(yú)類養(yǎng)殖的主導(dǎo)品種之一，其年產(chǎn)值達(dá)20多億元人民幣。陳松林介紹，由于缺乏全基因組序列，限制了牙鲆生長(zhǎng)、發(fā)育、抗病、變態(tài)等性狀相關(guān)功能基因的發(fā)掘和重要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳解析，也影響了牙鲆全基因組選擇育種技術(shù)的建立，影響了牙鲆抗病高產(chǎn)良種的培育。通過(guò)破譯牙鲆全基因組序列，能夠發(fā)掘大量基因資源，特別是鑒定一些與牙鲆生長(zhǎng)、發(fā)育、性別和抗病免疫相關(guān)的功能基因。同時(shí)，牙鲆全基因組序列也能為研究人員進(jìn)行牙鲆不同地理群體和不同家系的重測(cè)序提供參考基因組序列，能促進(jìn)牙鲆全基因組選擇育種的研究進(jìn)程，加快牙鲆抗病高產(chǎn)良種的培育步伐。例如，近幾年黃海水產(chǎn)研究所研究人員借助牙鲆全基因組序列建立了牙鲆全基因組選擇育種技術(shù)，采用此技術(shù)培育出牙鲆抗病快速生長(zhǎng)優(yōu)良品種“鲆優(yōu)2號(hào)”，2016年已申報(bào)牙鲆新品種，推動(dòng)了牙鲆抗病高產(chǎn)良種培育進(jìn)程和種業(yè)發(fā)展。

另外，比目魚(yú)變態(tài)異常和白化是養(yǎng)殖過(guò)程中常見(jiàn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致比目魚(yú)經(jīng)濟(jì)價(jià)值降低，產(chǎn)量下降，給比目魚(yú)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了較大影響。通過(guò)對(duì)比目魚(yú)變態(tài)機(jī)制進(jìn)行解析，可以為解決比目魚(yú)變態(tài)異常和白化現(xiàn)象提供新思路，比如在其變態(tài)的關(guān)鍵時(shí)期給于合適光照等科學(xué)路徑。

新聞延伸

水產(chǎn)養(yǎng)殖的基因組研究時(shí)代

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家在魚(yú)類等水產(chǎn)物種的基因組研究中走在世界前列，隨著各項(xiàng)科研成果的公布，我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖逐漸步入基因組研究時(shí)代。2010年，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所專家聯(lián)合深圳華大基因繪制成牡蠣全基因組序列圖譜，當(dāng)時(shí)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先的基因組圖譜標(biāo)準(zhǔn)。這是世界上首張養(yǎng)殖貝類的全基因組序列圖譜，標(biāo)志著基于短序列的高雜合度基因組拼接和組裝技術(shù)獲得重大突破。2014年，國(guó)內(nèi)首個(gè)魚(yú)類全基因組精細(xì)圖譜、也是國(guó)際首個(gè)比目魚(yú)基因組—半滑舌鰨全基因組序列圖譜完成，該研究由黃海水產(chǎn)研究所陳松林研究員主導(dǎo)，聯(lián)合深圳華大基因、德國(guó)維爾茨堡大學(xué)、法國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院和新加坡國(guó)立大學(xué)等單位共同完成，為揭示半滑舌鰨性染色體起源、性別決定機(jī)制和比目魚(yú)底棲適應(yīng)機(jī)制提供了寶貴的基因資源，同時(shí)助力半滑舌鰨性別控制和遺傳改良，為分子育種技術(shù)建立和良種培育奠定了重要基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上建立的半滑舌鰨高生理雌性苗種制種技術(shù)，將半滑舌鰨養(yǎng)殖苗種的生理雌魚(yú)比例提高了20%以上，從而將養(yǎng)殖產(chǎn)量提高20%左右，為半滑舌鰨養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)提供了有效的技術(shù)支撐。