海馬基因組及環境適應進化機制獲揭示

　　記者從中國科學院南海海洋研究所獲悉，由該所研究員林強課題組主導，聯合德國康斯坦茨大學、新加坡國家科技局和華大基因等共同揭示了海馬在海洋近岸和島礁棲息過程中的體型特化和繁殖適應性進化特征。相關研究12月15日以封面文章的形式發表在《自然》雜志上。

　　林強團隊在國際上率先完成了海馬的全基因組研究，揭示了海馬是一種快速進化的物種，并從基因層面探討了育兒袋形成和懷孕過程，揭開了海馬雄性育兒之謎；與此同時，該團隊瞄準海洋魚類進化研究高地，首次闡明了海馬特異體型進化機制，為人類重新認識海洋魚類進化地位和環境適應性提供了新視角，對推動海洋生物學科發展具有重大意義。

　　據了解，海馬隸屬于脊索動物門海龍科海馬屬，是具有特殊體型的魚類，廣泛分布于世界海洋，被視為海洋生態系統中重要的環境指示物種；因其特殊藥用功效而被譽為海洋“人參”，加上海馬獨特的雄性育兒和特異的交配行為而一直受到科學界的高度關注。

　　林強研究團隊通過全基因組數據分析得知海馬是目前已獲得全基因組魚類中進化速率最快的物種，發現海馬與環境適應相關的基因在長期的進化過程中發生了明顯收縮，如嗅覺受體基因（ORs）的數目只有26個，而其他魚類多達60~169個；海馬擁有特殊的環骨，且無牙齒，研究發現這可能與分泌型鈣結合磷蛋白（SCPP）的相關基因在海馬中嚴重缺失相關。與此同時，該研究對海馬的非編碼調控原件（CNEs）進行整體分析，發現海馬的CNE較其他已知魚類出現嚴重的缺失現象，轉基因研究進一步證實了體型相關的HoxCNE的缺失對海馬體型確實起到了調控作用。

　　海龍科魚類是目前已知動物中唯一擁有“雄性育兒”行為的物種。研究人員發現海馬育兒袋相關的新穎基因pastn基因發生擴增，并出現特異高表達；雖然在劍尾魚的c6ast基因家族中也有類似pastn基因的結構及相同的組合方式，但海馬的pastn基因擁有“獨立進化”的模式；pastn基因重復的基因選配機制在育兒袋的產生及其雄性懷孕過程中展現出新的功能特征，為揭開海馬雄性育兒之謎奠定了基礎。

　　海馬腹鰭退化機制研究也是該論文的亮點內容之一。研究人員通過對海馬和其他魚類全基因組的比較，發現海馬缺失tbx4基因，驗證發現敲除后斑馬魚的腹鰭完全丟失，但并沒有引起其他體型相關特征的改變，從而揭示了tbx4基因的丟失確實是海馬缺失腹鰭的關鍵原因。該研究結果將為闡明魚類進化過程中腹鰭丟失的分子機制提供重要線索，對于加深人類認識海馬生物學特性和海洋魚類進化地位具有重要意義。