深海作為地球表面最后未被人類(lèi)大規(guī)模進(jìn)入或認(rèn)知的空間，約占地球表面積的65%。海斗深淵（6000 -11 000m）是地球上最不為人知的生態(tài)系統(tǒng)，具有高壓、溫差巨大、終年無(wú)光、食物匱乏等特殊極端條件，是常規(guī)生命形式的禁區(qū)。但在海斗深淵中仍有魚(yú)類(lèi)生存，其中以最深的馬里亞納海溝命名的馬里亞納獅子魚(yú)是目前所發(fā)現(xiàn)的最深的脊椎動(dòng)物，達(dá)到8100m。令人驚奇的是同很多長(zhǎng)相古怪、通常具有巨大的嘴和牙齒的深海魚(yú)不同，馬里亞納獅子魚(yú)體長(zhǎng)小巧，呈淡粉紅色，泳姿優(yōu)雅。盡管研究人員在基因組層面上對(duì)馬里亞納獅子魚(yú)深淵適應(yīng)性的分子機(jī)理進(jìn)行了解析，仍有很多影響其在深淵生態(tài)環(huán)境中生存和繁衍的秘密有待挖掘。

嗅覺(jué)在魚(yú)類(lèi)的生存和繁殖中具有重要的作用，魚(yú)類(lèi)通過(guò)精密調(diào)節(jié)的嗅覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別并分辨水中眾多的化學(xué)信息，為食物定位、危險(xiǎn)躲避、親緣識(shí)別及生殖洄游等行為提供至關(guān)重要的信息。不同嗅覺(jué)信息由鼻腔嗅粘膜上表達(dá)不同嗅覺(jué)基因的神經(jīng)核識(shí)別。研究表明動(dòng)物嗅覺(jué)基因家族的進(jìn)化與其生存環(huán)境下的生態(tài)需求密切相關(guān)。例如，功能嗅覺(jué)基因的數(shù)目會(huì)隨水生和陸生環(huán)境的不同、食性的轉(zhuǎn)變、功能依賴(lài)性的改變而產(chǎn)生適應(yīng)性的變化。馬里亞納獅子魚(yú)可以迅速地被投放的誘餌所吸引，表明嗅覺(jué)在覓食中具有重要的功能。馬里亞納獅子魚(yú)在深淵的生態(tài)環(huán)境中屬于捕食者，位于食物鏈的頂端，但在物種豐度和數(shù)量貧乏的深淵環(huán)境中，只能專(zhuān)一的以少數(shù)幾種甲殼類(lèi)生物為食。因此其對(duì)嗅覺(jué)功能的依賴(lài)性可能會(huì)由于單一的食性而減弱。另外，由于生活在黑暗無(wú)光的環(huán)境，其視覺(jué)發(fā)生了褪化，因此其嗅覺(jué)也存在為補(bǔ)償視覺(jué)的退化而增強(qiáng)的可能。

為了探討上述科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究員何舜平團(tuán)隊(duì)查找并注釋了9種魚(yú)類(lèi)的嗅覺(jué)受體（OR）和痕量胺受體（TAAR）基因家族，通過(guò)重點(diǎn)對(duì)比馬里亞納獅子魚(yú)與淺海近緣物種細(xì)紋獅子魚(yú)之間的差異，發(fā)現(xiàn)馬里亞納獅子魚(yú)的OR基因家族發(fā)生了大量的丟失，并伴隨著很高比例的假基因化。而TAAR基因家族基因的數(shù)目基本不變。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果顯示馬里亞納獅子魚(yú)和細(xì)紋獅子魚(yú)嗅覺(jué)基因家族具有很高的保守性。同細(xì)紋獅子魚(yú)相比，馬里亞納獅子魚(yú)OR基因家族的亞家族中的OR基因數(shù)目明顯減少，TAAR基因家族的亞家族數(shù)目發(fā)生減少，但亞家族中的TAAR數(shù)量增加。盡管馬里亞納獅子魚(yú)OR亞家族普遍是收縮的，仍發(fā)現(xiàn)有個(gè)別亞家族發(fā)生擴(kuò)張，這種亞家族間獨(dú)立的演化歷程反映了不同OR亞家族基因在深淵生態(tài)環(huán)境中面臨獨(dú)立的選擇壓力。進(jìn)一步的演化選擇壓力的分析顯示，OR基因家族在馬里亞納獅子魚(yú)中發(fā)生了松弛選擇，其功能依賴(lài)性降低。而TAAR基因家族則受到正向選擇作用，這表明TAAR基因在馬里亞納獅子魚(yú)適應(yīng)深淵生態(tài)環(huán)境中仍具有重要的作用，符合其能夠迅速感知?jiǎng)游锔瘮『筢尫诺陌返默F(xiàn)象。這項(xiàng)研究首次揭示了馬里亞納獅子魚(yú)在占據(jù)深淵環(huán)境中嗅覺(jué)發(fā)生了簡(jiǎn)單但專(zhuān)一的適應(yīng)性演化歷程，為進(jìn)一步了解深淵中生物的生態(tài)適應(yīng)性提供了重要的科學(xué)積累。

這一研究結(jié)果，近日發(fā)表在GENES 雜志。研究工作由水生所博士生姜海峰等人完成，通訊作者為何舜平，研究得到國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接

馬里亞納獅子魚(yú)在誘餌處攝食甲殼類(lèi)

9種魚(yú)類(lèi)嗅覺(jué)受體基因（ORs）構(gòu)建的系統(tǒng)樹(shù)

9種魚(yú)類(lèi)痕量胺受體基因（TAARs）構(gòu)建的系統(tǒng)樹(shù)

馬里亞納獅子魚(yú)和細(xì)紋獅子魚(yú)OR和TAAR基因家族數(shù)目比較

來(lái)源：水生生物研究所