· 中国学者揭示鲫鱼分子进化机制 [2004年6月28日]
中国科学院水生生物研究所科研人员,2004年6月下旬以转铁蛋白分子作为切入点,开展了鲫鱼的分子进化机制研究,从分子水平阐述了鲫鱼转铁蛋白多态性的分子基础和独特的进化规律。据悉,该项研究成果将于7月在《分子生物学与进化》杂志上发表。
鲫鱼作为典型的鲤科鱼类,不但广布于欧亚大陆,存在多个亚种,具有丰富的遗传多样性,而且其基因组大小是绝大多数鲤科鱼类的两倍或三倍,已被细胞遗传学家称为多倍体鱼类,即在进化历程中发生过多次基因组加倍事件。由于具有分布广泛、形态多变、基因组加倍和生殖方式多样(可进行雌核生殖和两性生殖)等特点,鲫鱼一直是研究进化遗传学和发育遗传学的独特对象。
为了进一步阐明鲫鱼的进化历程及其进化机制,该所博士研究生杨林在导师桂建芳研究员的指导下,首先通过克隆和测序,从鲫鱼三个亚种(银鲫、彩鲫和白鲫)的肝脏组织中鉴定出10个转铁蛋白等位基因的cDNA序列。序列比对发现这些等位基因编码区存在大量变异位点;分子钟计算表明,这些转铁蛋白等位基因相当古老,有近2000万年的进化历史;分子量和等电点分析也表明它们所编码的转铁蛋白在理化性质上也有差异,这些差异决定了它们在电泳过程中迁移速率的不同,是其蛋白多态现象的分子基础。
进化分析表明,阳性选择和遗传重组在鲫鱼转铁蛋白的分子进化中分别起了重要作用。受阳性选择的位点在转铁蛋白分子两个平面上的分布特点,暗示着它们的变异似乎不是由于抵御细菌等病原微生物侵袭的结果,而可能是通过影响对铁的摄取功能而间接影响生物体内的铁氧代谢,这一作用可能与鲫鱼具有广泛的地理分布,必然要面对干旱、寒冷等缺氧的环境,而具有异乎寻常的耐氧能力相关。此外,在银鲫和彩鲫的转铁蛋白等位基因间揭示出来的26个重组事件,也意味着重组可能是产生新的转铁蛋白等位基因的进化机制之一。因此,对鲫鱼转铁蛋白分子进化的研究揭示出极其丰富的内涵,即它不仅受到选择、重组等进化因素的驱动,还由于银鲫的特殊进化背景(杂交起源及具无性和有性生殖)而呈现出独特的进化规律。依据这些结果,他们还推测,银鲫可能由于拥有完全不同的、灵活多样的平衡选择机制而在复杂多变的环境中长期生存下来。
这项研究的创新之处是在建立一种分子进化研究方法的基础上,成功地将蛋白多态现象与动物生活的地理和生态环境条件联系起来,进而从分子水平阐释了鲫鱼转铁蛋白多态性的分子基础和独特的进化规律。尽管这一研究从理论上作出的一些推断和假设有待进一步验证,但它为鲫鱼(尤其是银鲫)和其它脊椎动物多样性进化机制的探索叩开了一扇门,更多潜在的规律将被逐渐揭示出来。(华声) |
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