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鲨鱼育婴室内部软骨鱼活产的进化

摘要 虽然生下活的幼崽是大多数人与哺乳动物相关的特征,但这种生殖模式(也称为胎生)在脊椎动物中已经进化了 150 多次,包括爬行动物的 100 ...

虽然生下活的幼崽是大多数人与哺乳动物相关的特征,但这种生殖模式(也称为胎生)在脊椎动物中已经进化了 150 多次,包括爬行动物的 100 多次独立起源,硬骨鱼类的 13 次,软骨鱼类的 9 次鱼类,两栖动物中有八种,哺乳动物中有一次。因此,了解这种生殖模式的演变需要研究多个谱系的胎生。在软骨鱼类(包括鲨鱼、鳐鱼和鳐鱼)中,高达 70% 的物种会生下活的幼崽;然而,由于难以捉摸、繁殖力低以及基因组庞大且重复,人们对这些动物的胎生仍然知之甚少。在最近发表在《基因组生物学与进化》上的一篇文章中,由日本 RIKEN 生物系统动力学研究中心系统信息学实验室的前团队负责人 Shigehiro Kuraku 领导的研究团队着手解决这一差距。他们的研究确定了蛋黄蛋白,这些蛋白在哺乳动物转为胎生后丢失,但保留在胎生鲨鱼和鳐鱼中。他们的结果表明,这些蛋白质可能在为软骨鱼类发育中的胚胎提供营养方面演化出新的作用。

据现在三岛国立遗传学研究所分子生命史实验室教授 Kuraku 说,研究人员长期以来一直想了解更多关于鲨鱼及其亲属胎生进化的信息。“繁殖是软骨鱼类最迷人的特征之一,因为它们显示出广泛的繁殖模式。” 在胎生物种中,这包括一系列为发育中的胚胎提供营养的机制,从完全依赖胚胎卵黄囊中存在的营养,到喂养胚胎未受精的卵,从子宫分泌营养(“子宫乳汁”),或通过胎盘转移营养。

为了更好地理解这些不同的机制,作者搜索了 12 种软骨鱼类的基因组和转录组数据,寻找卵黄蛋白原 ( VTG ) 的同源物,卵黄蛋白原是一种在产卵物种的雌性肝脏中合成的主要蛋黄蛋白。不管它们的繁殖模式如何,所有软骨鱼类至少有两个VTG拷贝,而VTG的所有拷贝都已从哺乳动物中丢失(尽管作者确实在塔斯马尼亚袋獾(一种有袋动物)中发现了一个拷贝,以前不知道怀有VTG基因)。接下来,作者搜索了 VTG 受体的同系物;虽然哺乳动物保留了该受体的一个拷贝,但 Kuraku 和他的同事发现了两个古老的串联重复,从而在软骨鱼类中产生了三个受体拷贝。作者指出,这一发现出乎意料。“我们预测蛋黄蛋白基因会保留在鲨鱼基因组中,因为活产的鲨鱼部分依赖蛋黄的营养供应,”Kuraku 说。“最让我们吃惊的是,包括鲨鱼在内的软骨鱼类拥有更多的蛋黄蛋白受体基因拷贝。” 这表明这些蛋白质可能在这种胎生谱系中提供新功能。

为了阐明 VTG 及其受体在这些物种中的功能,作者比较了一条产卵鲨鱼(多云猫鲨)和两条胎生鲨鱼的逐个组织转录组数据。皱鳃鲨是胎生物种,不向发育中的胚胎提供母体营养,而一尘不染的光滑猎犬则有胎盘。在产卵的云猫鲨中,VTG主要在肝脏表达,其受体主要在卵巢表达。相比之下,在两条胎生鲨鱼中,VTG 不仅在肝脏中表达,也在子宫中表达。有趣的是,VTG 受体也在这些物种的子宫中表达。这表明 VTG 蛋白不仅可以作为卵黄营养物质,还可以被输送到子宫,在那里它们可能在为一些软骨鱼类提供基于母体的营养方面发挥作用。

正如作者所指出的,这种有趣的可能性仍有待通过功能研究得到证实。他们还希望将这种分析扩展到对与软骨鱼类各种繁殖模式相关的因素进行全基因组调查。不幸的是,鉴于获取生物样本的挑战,在这些物种中进行此类实验很困难。然而,Kuraku 和他的合作者希望改变这一点。“这项研究是通过在具有各种专业知识的人之间建立网络而实现的,这些人认识到软骨鱼的生物学潜力,”Kuraku 说。“它还导致了 Squalomix 联盟的启动和发展,”这是一项于 2020 年发起的倡议,旨在促进专门针对鲨鱼和鳐鱼物种的基因组和分子方法。

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