國際研究小組對神秘的弓鰭魚的基因組進行測序

魚種Amia calva有很多名字，包括弓鰭魚、淡水角鯊、grinnel 和泥梭魚。不管你怎么稱呼它，這個物種都是一個進化之謎，因為它體現(xiàn)了祖先和先進魚類特征的獨特組合。

在 8 月 30 日發(fā)表在Nature Genetics 上的一篇論文中，由密歇根州立大學的 Ingo Braasch 和 Andrew Thompson 領導的一個國際合作研究團隊已經(jīng)開始通過對弓鰭魚的基因組進行測序來解開這個謎團。他們的合作分析對這個神秘的古老血統(tǒng)的生物學的各個方面產(chǎn)生了意想不到的見解。

弓鰭魚是北美洲東部特有的一種硬骨魚，是許多物種的曾經(jīng)龐大譜系中唯一幸存的成員，現(xiàn)在只能從化石中得知。長期以來，科學家們一直對弓鰭魚著迷，因為它結(jié)合了祖先的特征，例如像肺一樣呼吸空氣和強壯的鰭骨架，以及簡化的鱗片和縮小的尾巴等衍生特征。弓鰭魚在魚類家譜中也占有關鍵位置，它位于硬骨魚(最近出現(xiàn)的一個龐大而多樣化的群體)和包括鱘魚、白鱘和比奇魚在內(nèi)的更古老的分支之間。

由于在魚類家譜中的這一特殊位置，弓鰭魚可以幫助科學家了解現(xiàn)代魚類的各個方面是如何從其古老的祖先進化而來的。通過檢查弓鰭魚基因組，科學家可以研究弓鰭魚獨特的一組新舊特征的遺傳基礎。他們還可以使用這些基因組信息作為框架來更好地了解硬骨魚的起源，自從與弓鰭魚世系分離并成為大多數(shù)水生棲息地的主要世系以來，硬骨魚已經(jīng)復制并廣泛修改了它們的基因組。

作為哈佛大學有機與進化生物學系的博士生，該研究的合著者 M. Brent Hawkins(博士 '20)研究了弓鰭胸鰭的進化和發(fā)育。霍金斯的博士論文是與哈佛醫(yī)學院和波士頓兒童醫(yī)院的 Matthew P. Harris 教授以及哈佛大學有機與進化生物學系的 James Hanken 教授共同完成的，他們貢獻了該研究中一些最令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。

由于其骨骼的祖先構造，霍金斯專注于弓鰭的胸鰭。弓鰭保留著后胬肉，這是鰭骨架的一部分，與四足動物的肢骨同源。廣泛使用的斑馬魚和青鳉等模式生物已經(jīng)失去了后胬肉，這使得鰭和四肢之間的比較變得困難。通過研究弓鰭，科學家可以利用弓鰭發(fā)育的知識作為墊腳石，將硬骨魚鰭發(fā)育與四足動物肢發(fā)育聯(lián)系起來，并幫助解釋鰭到肢過渡的演變。

霍金斯與康奈爾大學的合著者艾米麗芬克和艾米麥庫恩一起，從紐約州北部的野外巢穴中收集了年輕的弓鰭魚胚胎?；艚鹚古囵B(yǎng)了胚胎，在它們發(fā)育時收集胸鰭樣本。他從樣本中提取了 mRNA，并在哈佛大學 Bauer Core 的幫助下進行了轉(zhuǎn)錄組測序，通過使用基因組參考序列解析轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來確定發(fā)育中的鰭中哪些基因被開啟。一旦確定，他就使用原位雜交來可視化這些基因在鰭長出過程中的激活位置。最初，霍金斯預計弓鰭基因數(shù)據(jù)看起來與其他鰭和四肢非常相似。“作為一個領域，我們已經(jīng)表征了許多與附屬物模式相關的基因。我們很清楚基本的鰭和肢基因是什么以及它們應該在哪里開啟，”霍金斯說。然而，當他分析鰭數(shù)據(jù)時，他對結(jié)果感到震驚。

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