近日，進(jìn)化生物學(xué)Top期刊Molecular Ecology在線刊發(fā)海洋所李富花研究組完成的題為“Adaptation and molecular evidence for convergence in decapod crustaceans to deep-sea hydrothermal vent environments”的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)深海熱液甲殼動物趨同進(jìn)化的表型及分子證據(jù)，揭示了白色體色和化能合成營養(yǎng)代謝的關(guān)鍵遺傳機(jī)制，為揭秘深海物種環(huán)境適應(yīng)的獨(dú)特機(jī)制提供了新的理論依據(jù)。
趨同進(jìn)化是進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，它是指親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的生物因棲居于相同的生活環(huán)境而演化形成相似的形態(tài)特征或生理表型的現(xiàn)象，通過趨同進(jìn)化研究可以揭示物種適應(yīng)特殊環(huán)境的生物學(xué)本質(zhì)。
深海熱液區(qū)是一個高溫、高壓、重金屬脅迫的極端環(huán)境區(qū)域，環(huán)境條件惡劣，本不適合生物生存與生長，而深海探測發(fā)現(xiàn)多種甲殼動物卻是該區(qū)域的優(yōu)勢種群，它們大規(guī)模繁衍，并進(jìn)化出了異于淺海物種及其他深海環(huán)境物種的相似表型，如白色體色和化能合成的營養(yǎng)代謝能力。然而，目前關(guān)于這些相似表型的遺傳機(jī)制的趨同性卻鮮有研究。
研究人員以公共數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展大數(shù)據(jù)深度挖掘，通過對4個深海和10個淺海十足目甲殼動物的比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了深海物種趨同進(jìn)化的關(guān)鍵分子證據(jù)。系統(tǒng)發(fā)生分析顯示這些深海物種起源于不同祖先，其相似表型的產(chǎn)生并非直系遺傳。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，深海物種中SNARE介導(dǎo)的膜泡運(yùn)輸通路是受很強(qiáng)的正選擇和平行進(jìn)化的通路，其大分子特異性運(yùn)輸?shù)墓δ茉诨芎铣蔂I養(yǎng)代謝過程中扮演著重要角色，且能量代謝和蛋白質(zhì)合成與加工相關(guān)基因的趨同進(jìn)化也與化能合成的營養(yǎng)機(jī)制密切相關(guān)。深海熱液甲殼動物白色體色的形成則與甲殼藍(lán)蛋白基因家族的收縮以及低蝦青素含量有關(guān)。
近年來，李富花研究組圍繞甲殼動物環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為甲殼動物環(huán)境適應(yīng)分子機(jī)制解析及經(jīng)濟(jì)物種分子遺傳育種提供了重要的理論依據(jù)。
中科院實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室袁劍波副研究員為論文第一作者。研究得到了“科學(xué)”號高端用戶項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
十足目甲殼動物系統(tǒng)發(fā)生樹
基因和基因家族趨同進(jìn)化分子證據(jù)
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.15610
Jianbo Yuan, Xiaojun Zhang, Yi Gao, Xiaoxi Zhang*, Chengzhang Liu, Jianhai Xiang, and Fuhua Li*. Adaptation and molecular evidence for convergence in decapod crustaceans to deep-sea hydrothermal vent environments. Molecular Ecology. 2020, 00:1–16.
