科學家測序動物界最大基因組

科技日報北京8月15日電（記者張佳欣）據最新一期《自然》雜志報道，德國康斯坦茨大學和維爾茨堡大學領導的國際研究團隊，對動物界最大基因組的擁有者——肺魚進行了基因組測序。肺魚基因組約為人類基因組大小的30倍。測序數據有望揭示當今陸地脊椎動物的魚類祖先如何成功登陸的奧秘。

泥盆紀時期（約4.2億至3.6億年前），一種具有強健胸鰭和肺的肉鰭魚類成功從淺水區域登陸，并能在海岸線上移動和呼吸，這與現今的陸地脊椎動物相似。這一事件標志著脊椎動物首次在陸地上移動，是進化史上的重要里程碑。所有后續的陸地脊椎動物，包括兩棲動物、爬行動物、鳥類和哺乳動物（包括人類），都可追溯至這一魚類祖先。然而，肉鰭魚類為何如此適應陸地環境仍是未解之謎。

為了找到答案，研究人員分析了泥盆紀祖先的現存最近親屬的遺傳物質。這些最近親屬中，只有3個譜系的肺魚至今仍存活，分別在非洲、南美洲和澳大利亞。這些古老的“活化石”看起來仍然非常像它們的祖先。

研究人員對這3種譜系的肺魚基因組進行了完整測序。結果顯示，南美洲肺魚的遺傳物質在規模上打破了所有紀錄：其DNA超過900億個堿基，是已知最大的動物基因組，其大小是之前紀錄保持者——澳大利亞肺魚基因組的兩倍多。

康斯坦茨大學進化生物學家阿克塞爾·邁耶說，南美洲肺魚的19條染色體中，有18條的大小均超過了擁有近30億個堿基的人類基因組。隨著時間推移，自主轉座子是肺魚基因組膨脹到如此巨大的原因。這些DNA序列會“復制”，然后改變它們在基因組中的位置，進而導致基因組的增長。

分析表明，南美洲肺魚基因組的擴張速度是目前有記錄以來最快的。在過去的每1000萬年里，其基因組都會增長，增長的量相當于整個人類基因組的大小。而且它還在繼續增長，有證據表明造成這一現象的轉座子仍處于活躍狀態。

研究人員確定了這一巨大基因組增長的機制，極端擴張的部分原因在于piRNA豐度極低。這種RNA通常會使轉座子沉默。

研究還發現，肺魚鰭的進化與Shh信號通路的變化有關，這一發現為硬骨魚的輻鰭與陸地脊椎動物手指之間的進化聯系提供了額外證據，并有望揭示脊椎動物是如何從海洋登上陸地的。