俄勒岡大學(xué)的生物學(xué)家已經(jīng)制作了蛇形海灣尖嘴魚的詳細(xì)基因組，提供了一種新的研究參考工具，以幫助探索包括海馬和海龍?jiān)趦?nèi)的古老魚類家族，并通過遺傳變化產(chǎn)生具有截然不同特征的物體。將基因組與其他脊椎動(dòng)物生物進(jìn)行比較可以幫助科學(xué)家了解人類生物學(xué)的基本方面，例如頭骨如何發(fā)育和改變形狀，以及如何調(diào)整人們與其他脊椎動(dòng)物共享的基因組以創(chuàng)造新結(jié)構(gòu)，Susan Bassham說。 UO生物學(xué)家威廉·克雷斯科(William Cresko)實(shí)驗(yàn)室的高級研究員在那里進(jìn)行了研究。

雖然這種與人類特征相關(guān)的研究是一個(gè)額外的好處，但更直接的回報(bào)是項(xiàng)目中使用的方法是如此布局，以便其他小型實(shí)驗(yàn)室可以使用它們作為創(chuàng)建他們感興趣研究的生物的基因組的參考。12月20日由Genome Biology期刊發(fā)表了一篇詳述基因組的論文。墨西哥灣海草床中豐富的海灣尖嘴魚具有Syngnathus scovelli的物種名稱。它屬于稱為Syngnathidae的家族，其歷史可以追溯至少5000萬年。

“從進(jìn)化基因的角度來看，這組物種具有新的特征并不是很好理解，”該論文的主要作者之一，生態(tài)與進(jìn)化研究所Cresko實(shí)驗(yàn)室的博士后研究人員Clay Small說。“Syngnathidae家族是一個(gè)非常好的模型分支，用于研究這些衍生的結(jié)構(gòu)特征，因?yàn)閺乃麄儶?dú)特的身體計(jì)劃來看它們是如此奇怪。最終，我們有興趣確定與這些新特征的演變有關(guān)的遺傳變化。整個(gè)家庭。“

Syngnathid家族中的物種有很長的鼻子，這有助于它們的抽吸式喂養(yǎng)行為。他們有骨質(zhì)的防彈衣。它們?nèi)狈桥桷?，肋骨和牙齒，并且在雄性中形成了獨(dú)特的胎盤樣結(jié)構(gòu)，用于培育后代的育雛。

在另一個(gè)家庭成員虎尾海馬的基因組在自然雜志上宣布后，海灣尖嘴魚基因組的出版不到一周。

生物學(xué)教授克雷斯科說：“幾乎同時(shí)發(fā)表的這對論文極大地推動(dòng)了這一非凡的魚群的基因組分析。”

這兩個(gè)基因組表明特定基因或基因功能的損失和變化可能是進(jìn)化創(chuàng)新的原因，Small說。通過進(jìn)化，與遠(yuǎn)緣魚類祖先相比，尖嘴魚和海馬基因組遺失了遺傳因素。他說，這些可能解釋了身體排列和骨盆鰭丟失的一些變化，這些變化與人類脊椎動(dòng)物血統(tǒng)中的腿相對應(yīng)。

Small的努力很大一部分集中在雄性尖嘴魚在育雛袋中孕育胚胎的能力。Bassham說，海灣尖嘴魚是一種在各種尖嘴魚物種的雄性中發(fā)現(xiàn)的最精細(xì)的胎盤結(jié)構(gòu)的例子。

研究人員報(bào)告說，在男性懷孕期間，大約1,000個(gè)基因在小袋中表達(dá)不同，以控制發(fā)育過程，營養(yǎng)交換，穩(wěn)定性和免疫力。

在懷孕和非懷孕的雄性尖嘴魚之間的比較分析中，Small發(fā)現(xiàn)了一個(gè)表現(xiàn)異常的基因家族。這個(gè)基因家族，patristacins，包含一些在懷孕期間開啟的成員，以及其他在懷孕期間被抑制的成員。這組基因可能是syngnathid魚類獨(dú)有的，它們在海馬中表現(xiàn)相似。

由UO領(lǐng)導(dǎo)的研究小組還發(fā)現(xiàn)，海灣尖嘴魚的染色體數(shù)量比大多數(shù)鰭魚都少。“通過觀察基因位于基因組中的模式，這種差異很可能僅僅是由于四個(gè)祖先染色體融合成兩個(gè)，”Bassham說。“大多數(shù)魚有24條染色體，但海灣尖嘴魚有22條。”

研究人員在UO的基因組學(xué)核心設(shè)施中使用了基因組測序儀，以及在UO開發(fā)的稱為限制性位點(diǎn)相關(guān)DNA標(biāo)記的遺傳學(xué)技術(shù)，現(xiàn)稱為RAD測序。它允許研究人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，然后將它們組合在一起，形成詳細(xì)的遺傳圖譜。

該團(tuán)隊(duì)還使用了由共同作者Julian Catchen開發(fā)的三個(gè)軟件包，Julian Catchen是伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校的前UO博士后研究員。該軟件旨在補(bǔ)充RAD測序和基因組裝配數(shù)據(jù)。

Bassham說，使用魚類基因組應(yīng)該允許研究小組提出許多不同的生物學(xué)問題。“魚是脊椎動(dòng)物。我們是脊椎動(dòng)物，”她說。“我們與這些魚共享大量的生物學(xué)。我們想要了解進(jìn)化是如何發(fā)生的，并且當(dāng)新的特征出現(xiàn)在進(jìn)化譜系中時(shí)，進(jìn)化的一些最令人興奮的方面發(fā)生。

“新奇事物可以通過多種方式發(fā)生，”巴薩姆說。“有時(shí)它會(huì)導(dǎo)致一種結(jié)構(gòu)的喪失，從而創(chuàng)造出一種新的生活方式。在其他情況下，它可能是一種新的身體部位的演變，以前沒有。那些組織來自哪里?它是如何形成的?是什么?經(jīng)過修改后做了什么?或者改變了什么樣的發(fā)育基因途徑來實(shí)現(xiàn)呢?“