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科技日报(2020-11-03):长相“古怪”的金鱼怎样演化而来?基因“亲子鉴定”来了

时间:2020-11-03 阅读:384

   来源:科技日报  发布时间:2020-11-03 

    素有“国粹”之称的金鱼,在中国传统文化中有着吉祥、富有的寓意,在世界范围内普遍受到人们喜爱。人们不禁疑惑,金鱼从哪里来?金鱼驯化历史如何?金鱼那么多性状受哪些基因控制?

    11月2日,国际学术权威期刊《美国科学院院报》在线发表的一项研究成果,揭开了金鱼神秘的“面纱”。该成果由福建相关高校学者带头历时3年协作完成,首次从基因组学上验证并丰富了我国学者金鱼研究先驱陈桢教授关于金鱼演化的理论,深入探讨了金鱼的起源、演化、驯化和人工选择。

记者了解到,该研究中发布的高质量金鱼基因组和多样性数据,为金鱼作为大量候选功能基因的模型,以及广泛的家养物种进化案例研究提供了新的知识和资源。


福寿(福州)


基因组“鉴定”金鱼为鲫鱼演化而来

    金鱼形态优美,色彩绚丽,品种繁多,有草金、文、蛋、龙金、龙背等五大类,有着丰富的变异性状,是世界著名三大观赏鱼类之一。达尔文曾形容金鱼有着无限多样的颜色和非凡的表型结构变化。

世界范围内,金鱼于1502年传到日本,17世纪至18世纪到欧洲,再到美国,之后传遍全世界。经过中国、日本、欧洲等几代人的选择性繁殖,产生了250多种具有独特颜色、鳍形、眼睛、体型金鱼品种。

    金鱼是从哪里来的?金鱼是人类改变自然物种的典型物种,相传一千多年前,由一种鲫鱼在中国变异成红色而来,从唐宋朝开始,经过反复繁殖驯化成金鱼,到清朝我国养殖技术已日趋成熟。

   “金鱼从鲫鱼演化而来,多年来一直是人们‘经验之谈’,此次科研人员以基因组学技术解析了高质量基因组图谱,通过‘亲子鉴定’,为金鱼起源于鲫鱼之说,进一步提供了权威的科学依据。”福建农林大学海峡研究院张积森教授说。

金鱼属于鲤亚科,有100条染色体,包含有2套亚基因组,是一个“准”多倍体物种,而多倍化事件在脊椎动物中极为罕见,说明鲤亚科鱼类具有其独特的演化策略。

    科研人员发现,以金鱼祖先鲫鱼为代表的鲤亚科鱼类在演化历史上可能经历了四轮全基因组加倍事件。通过与6个代表性二倍体鲃亚科物种基因组对比研究,科研人员推测,金鱼祖先在1000至1200万年前发生过古老的杂交事件。其祖先之一很可能是染色体数目为50的鲃鱼,而另一个二倍体祖先可能已经灭绝或起源于未知的鲤科鱼类谱系。该研究为异源多倍体脊椎动物的基因组演化和功能提供了新的见解。

金鱼演化示意图

形态各异的金鱼“家族”如何“进化”?

    形态各异、色彩鲜艳的金鱼,是如何从自然界中鲫鱼银灰色的形态,逐渐蜕变成美丽的形状呢?这些性状都是由哪些基因来“掌控”?

科研人员通过中国金鱼各产区金鱼各品种规模化测序研究发现,金鱼与鲫鱼的亲缘关系高于同一科目的鲤鱼,金鱼经历了野生鲫鱼到“草金”,接着培育出“文种”,再产生“蛋种”的家驯化过程。

    明朝之后,金鱼的家化过渡到了家家可养的盆养时代,也是这个时期,金鱼的外形发生重大改变,诞生出许多新品种。“人为不断‘干预’,会快速改变金鱼的遗传背景,赋予它们更鲜艳的体色、加倍的尾鳍、头部的肉瘤、肿起的水泡眼。”张积森解释说。

    记者了解到,金鱼所呈现的种种颜色,主要是由真皮层中的色素细胞根据不同的数量和排列呈现的。在金鱼成长中,有的金鱼鳞片会从各种颜色的普通鳞变成透明鳞片,这正是源于鳞片中的色素细胞逐渐“消失”形成。

    1928年,陈桢教授曾描述过,导致金鱼透明麟性状与某个色素相关的基因有联系,但多年来,该基因所在的位置,还是“悬而未决”的问题。此次,科研人员首次在金鱼基因组中,定位到一个与色素相关的基因。“该基因与色素细胞发育相关,在人类黑色素瘤的发展中起到重要作用,在斑马鱼研究中也得到证实。”张积森说。

    背鳍作为金鱼另一重要的表型特征,在不同变种中形态不一,是区分“文”金鱼和“蛋”金鱼的显著特征,背鳍的缩小是“文种”金鱼进化的关键特征。

    科研人员通过研究发现,背鳍特征受多个基因位点控制,并具有母体遗传效应,研究进一步发现了378个与背鳍表型具有相关性的基因。另外,科研人员还通过选择性清除研究,发现了与金鱼的行为、眼部萎缩、脑部萎缩、细胞迁移等生理生化性状有关的13个基因,这些基因的发现,为分子定向育种打下坚实的基础。

    近年来,随着农业产业结构调整力度的加大,我国金鱼养殖业的发展尤为迅速,其中以福州市为典型。福建师范大学陈由强教授表示,该研究成果对金鱼性状进行“DNA”分子解析,有望通过分子育种,突破传统养殖过程中,金鱼新品种育种周期长、繁育性状不稳定的育种瓶颈,从而实现科学育种、缩短育种周期、提纯培壮、培育更多优良品种,进一步推动金鱼产业跨越式发展。