首次测定南极抗冻鱼基因组序列

　　近，包括美国东北大学H. William Detrich教授在内的一个国际研究小组，首次测定了南极抗冻鱼（Antarctic notothenioid fish）的基因组序列。他说，这一突破性成果，将阐明动物对寒冷水域独特的进化适应性，将有助于揭示鱼类如何应对海水温度上升，由于气候变化，预计接下来的两个世纪会出现海水温度上升。

　　Detrich是东北大学海洋科学中心的海洋分子生物学和生物化学教授，他与韩国、澳大利亚以及俄勒冈几家机构的研究人员共同合作，将相关研究结果发表在最近的《Genome Biology》杂志。

　　Detrich指出，抗冻鱼大约有100个物种，在过去4000万年里它们已经适应了南冰洋低至冰点的零下20摄氏度水温。虽然许多其他鱼类逃至温暖水域，但抗冻鱼依然保留在原地。由于具有更少的食物竞争，因此这一物种的种群和物种数量增加，这一过程被称为适应辐射（adaptive radiation）。

　　通过测定南极大头鱼（Bullhead notothen）的基因组，研究人员发现，抗冻鱼部分地通过许多在线粒体（细胞的发电厂）起作用的蛋白质改变，来适应寒冷水域。先前描述的进化现象，包括生产蛋白质防冻剂以防止体液冻结的基因获得，也在基因组中得以确认。

　　Detrich说：“我们对抗冻鱼的基因组变化（可让其成功地利用环境资源），提供了第一个总体快照。基因组就像是一个时间胶囊，记录了寒冷适应相关的进化事件。”

　　在过去的30年里，Detrich一直都往返南极洲的Palmer工作站，研究喜欢寒冷的抗冻鱼。最近他收集到来自至少10种不同抗冻鱼的162份组织样本，这些样本将被添加到Ocean Genome Legacy（OGL）中，OGL是海洋生物的一个公共和稀有DNA样本生物储备库。在去年，OGL迁移到东北大学海洋科学中心，这些新的样本将显著提高 OGL对南极鱼DNA样本的收集，供科学家们访问获取。

　　Detrich说，下一步是测定更多的抗冻鱼基因组序列，以便可以在不同物种之间进行比较，以了解它们如何适应环境中的不同生境。例如，一些抗冻鱼物种已经进化出贫钙的骨骼，这使得它们更轻，更容易在深水层中游动寻找食物，而其他物种则保留重重的骨骼，主要以附近海底物为食。通过比较轻型和重型物种的基因组，研究人员或许可以了解导致骨矿化降低的过程，这有可能为人类骨质疏松症的治疗带来相关信息。

　　冰鱼（icefish）——抗冻鱼的一个亚群，也丧失了制造氧运输蛋白血红蛋白以及携带血红蛋白通过血液循环的红血细胞的能力。他说，将冰鱼基因组与这些热血近缘种进行比较，应该能揭示这种迷人的“适应性“是如何发生的，可能会为人类贫血带来新的疗法。

　　Detrich说，这项工作也可以阐释抗冻鱼是如何适应由于气候变化而不断升温的海水；目前的预测表明，接下来的两个世纪海水温度将有2到5摄氏度的增加。

　　Detrich说：“第一个问题是，以它们当前基因组的遗传内容为基础，它们能适应水温上升吗？第二个问题是，是否进化能在如此短的时间内发挥作用，恢复它们在反常温暖水域中生活的能力？”

　　虽然理解这些鱼的基因组，将帮助研究人员更确定地回答这些问题，但是Detrich说，抗冻鱼面临一场艰苦的战斗。其一，与它们必须适应冰冷水域相比而言，它们只有更短的时间来适应变暖的海洋。此外，血红蛋白减少的冰鱼，无疑将受到伴随海洋温度上升而来的低氧水平的挑战。它们能适应这一切吗？