刀鲚鱼如何在淡水中生存？科学家揭秘其遗传学机制

刀鲚鱼如何在淡水中生存？科学家揭秘其遗传学机制

中国科学院海洋研究所研究员刘进贤课题组最近在Molecular Biology and Evolution上发表了关于刀鲚鱼快速适应淡水环境的遗传学机制研究成果。通过比较长江水系不同种群的基因组差异，他们发现刀鲚在染色体LG6和LG22上的两个较大倒置区域对淡水适应起关键作用。这些发现不仅揭示了生物复杂性状快速适应性进化的分子机制，还为预测生物应对环境变化提供了重要理论依据。

研究团队以刀鲚的洄游种群及其淡水定居种群为研究对象，采用群体基因组学的研究方法，通过比较长江水系不同的淡水定居型种群与长江口的洄游型种群之间的基因组差异，探讨海洋鱼类淡水定居种群的淡水适应这一复杂性状的遗传学机制。研究发现，刀鲚种群在染色体LG6和LG22上存在两个较大的染色体倒置，这两个染色体倒置在淡水定居种群中具有较高的频率，但是在洄游种群中的频率较低或未检测到，两处染色体倒置区域上SNP的等位基因频率在淡水定居种群和洄游种群间也存在明显差异；功能分析显示，两个染色体倒置区域富集了与代谢过程、免疫调控、生长发育和渗透压调节等多个生物过程相关的基因，暗示两个染色体倒置区域上的遗传差异可能与刀鲚洄游种群和淡水定居种群间在适应性进化过程中形态、生理和行为等表型上的分化有关，提示基因组结构变异在刀鲚淡水定居种群的淡水适应的平行演化过程中起到重要作用。

刀鲚鱼在淡水中的生存还依赖于其高效的生理调节机制。与大多数海水鱼一样，刀鲚鱼需要应对淡水环境中渗透压的挑战。渗透压是指溶液中溶质分子对水分子的吸引力，海水的渗透压远高于淡水。为了维持体内水分平衡，刀鲚鱼在进入淡水后会迅速调整其渗透压调节机制：

1. 减少水分摄入：在淡水中，刀鲚鱼会减少吞咽动作，避免过多淡水进入体内。

2. 增加盐分吸收：通过鳃部的特殊细胞结构，刀鲚鱼能够从淡水中吸收必要的盐分，以维持体内电解质平衡。

3. 调节尿液排泄：刀鲚鱼会增加尿液排泄量，排出体内多余的水分，同时通过肾脏重吸收盐分，减少盐分流失。

4. 代谢调整：刀鲚鱼会调整其代谢途径，以适应淡水环境中营养物质的差异，确保能量供应。

这些生理调节机制与遗传学适应机制相辅相成，共同作用于刀鲚鱼在淡水环境中的生存和繁衍。

刀鲚鱼适应淡水环境的遗传学机制研究不仅揭示了生物复杂性状快速适应性进化的分子机制，还为预测生物应对环境变化提供了重要理论依据。在全球气候变化和生态环境不断变化的背景下，了解生物如何通过基因组结构变异实现快速适应具有重要的科学意义。这一发现不仅有助于我们更好地保护和管理渔业资源，也为其他物种的环境适应性研究提供了新的思路和参考。