物種如何在遺傳上適應(yīng)環(huán)境是與生物多樣性演變相關(guān)的核心問(wèn)題。在一項(xiàng)新的研究中，烏普薩拉大學(xué)的科學(xué)家和他們的同事報(bào)告說(shuō)，大西洋和波羅的海鯡魚(yú)的全基因組測(cè)序顯示，數(shù)百個(gè)位點(diǎn)適應(yīng)了咸水波羅的?；蚍敝硶r(shí)間。該研究于今天在eLife上發(fā)表。

大西洋鯡魚(yú)是世界上最豐富的魚(yú)類之一，也是北歐重要的食物資源。一所鯡魚(yú)學(xué)?？赡馨瑪?shù)十億條魚(yú)，據(jù)估計(jì)，沿著挪威海岸鯡魚(yú)產(chǎn)卵的重量只是挪威人口重量的三倍!基于極少數(shù)基因的先前研究幾乎沒(méi)有揭示來(lái)自不同地理區(qū)域的鯡魚(yú)之間的任何遺傳差異。這是出乎意料的，因?yàn)榇笪餮篥E魚(yú)是少數(shù)可以在整個(gè)咸淡水波羅的海中繁殖的海洋物種之一，這可能比大西洋咸約十分之一。這種意想不到的發(fā)現(xiàn)可以用至少兩種不同的方式來(lái)解釋。首先，也許大西洋鯡魚(yú)足夠靈活，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境(即 高鹽度或低鹽度)沒(méi)有太多的遺傳變化。其次，之前的研究只關(guān)注了大西洋鯡魚(yú)基因組中的少數(shù)幾個(gè)位點(diǎn)，因此有可能其他基因的遺傳差異反而控制了這種魚(yú)的適應(yīng)性。

瑞典大學(xué)烏普薩拉大學(xué)教授Leif Andersson解釋說(shuō)：“我參與了其中一項(xiàng)早期研究，作為20世紀(jì)70年代后期斯德哥爾摩大學(xué)的一名本科生，在過(guò)去的35年里，我想知道這些解釋中的哪一種是正確的。”該研究的領(lǐng)導(dǎo)者是農(nóng)業(yè)科學(xué)和得克薩斯A&M大學(xué)。我確信通過(guò)應(yīng)用已經(jīng)徹底改變生物學(xué)的新測(cè)序技術(shù)，我們最終會(huì)得到最終答案。

“這項(xiàng)新的研究表明，大西洋鯡魚(yú)是研究生態(tài)適應(yīng)基因的理想模型，”Leif Andersson說(shuō)。首先，它具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，并且在產(chǎn)卵時(shí)間方面表現(xiàn)出相當(dāng)大的差異。其次，種群規(guī)模巨大，這使得基因變異頻率的隨機(jī)波動(dòng)變得不那么重要。因此，用于檢測(cè)自然選擇的信噪比在該物種中特別好。

現(xiàn)在，科學(xué)家們對(duì)來(lái)自大西洋和波羅的海鯡魚(yú)群的整個(gè)基因組進(jìn)行了測(cè)序，并揭示了數(shù)百個(gè)與波羅的海適應(yīng)相關(guān)的遺址。該研究還通過(guò)比較秋季產(chǎn)卵和春季產(chǎn)卵的鯡魚(yú)，確定了一些控制這些魚(yú)繁殖時(shí)間的基因。這很重要，因?yàn)樽匀环N群在繁殖時(shí)必須仔細(xì)考慮，以最大限度地提高幼兒的存活率。這些新發(fā)現(xiàn)提供了令人信服的證據(jù)，即蛋白質(zhì)編碼基因的變化和調(diào)節(jié)基因表達(dá)的DNA片段都有助于適應(yīng)。該研究還表明，通過(guò)累積影響同一基因的多個(gè)序列變化，有助于適應(yīng)的基因變體可能隨著時(shí)間的推移而進(jìn)化。

“大西洋鯡魚(yú)擁有豐富的工具箱，由基因變體組成，是其適應(yīng)環(huán)境的基礎(chǔ)，”Sangeet Lamichhaney博士生和共享第一作者解釋道。鯡魚(yú)的不同亞群具有其自身的最佳自適應(yīng)基因變體組。例如，秋季產(chǎn)卵鯡魚(yú)和來(lái)自波羅的海的春季產(chǎn)卵鯡魚(yú)都有基因變異，有利于適應(yīng)低鹽度。然而，秋季產(chǎn)卵的波羅的海鯡魚(yú)也有共同的基因變種，可以控制從北海產(chǎn)卵的鯡魚(yú)的繁殖時(shí)間。

該研究有許多重要意義。

“鯡魚(yú)漁業(yè)是世界上第五大漁業(yè)，我們現(xiàn)在揭示的有關(guān)鯡魚(yú)種群生物學(xué)的豐富信息可用于開(kāi)發(fā)更準(zhǔn)確的種群評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的漁業(yè)，”科學(xué)家科學(xué)家Alvaro Martinez Barrio說(shuō)。生命實(shí)驗(yàn)室和共享第一作者。此外，我們對(duì)控制繁殖時(shí)間的基因的鑒定對(duì)物種如何應(yīng)對(duì)氣候變化具有影響，因?yàn)槿蜃兣赡軐?dǎo)致繁殖的最佳時(shí)間發(fā)生變化。

良好科學(xué)的一個(gè)顯著特征是它回答了舊問(wèn)題，但為未來(lái)的研究提出了新的問(wèn)題?？茖W(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)揭示了鯡魚(yú)基因組中500多個(gè)位點(diǎn)，這些位點(diǎn)是生態(tài)適應(yīng)的基礎(chǔ)，這為未來(lái)的研究提供了金礦。這些基因中的一些先前已經(jīng)與人類疾病相關(guān)聯(lián)，因此通常被很好地研究，而其他基因的功能是完全未知的。

“我相信，對(duì)與生態(tài)適應(yīng)相關(guān)的豐富基因集合的進(jìn)一步研究將導(dǎo)致關(guān)于基因功能的新基礎(chǔ)知識(shí)，這些基因功能也將與人類醫(yī)學(xué)相關(guān)，因?yàn)轹E魚(yú)中的大多數(shù)基因也存在于人類中，并且預(yù)計(jì)會(huì)具有類似的功能，“Leif Andersson說(shuō)。