科学家测序动物界最大基因组

科学家测序动物界最大基因组

据最新一期《自然》杂志报道，德国康斯坦茨大学和维尔茨堡大学领导的国际研究团队，对动物界最大基因组的拥有者——肺鱼进行了基因组测序。肺鱼基因组约为人类基因组大小的30倍。测序数据有望揭示当今陆地脊椎动物的鱼类祖先如何成功登陆的奥秘。

泥盆纪时期，一种具有强健胸鳍和肺的肉鳍鱼类成功从浅水区域登陆，并能在海岸线上移动和呼吸，这与现今的陆地脊椎动物相似。这一事件标志着脊椎动物首次在陆地上移动，是进化史上的重要里程碑。所有后续的陆地脊椎动物，包括两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物(包括人类)，都可追溯至这一鱼类祖先。然而，肉鳍鱼类为何如此适应陆地环境仍是未解之谜。

为了找到答案，研究人员分析了泥盆纪祖先的现存最近亲属的遗传物质。这些最近亲属中，只有3个谱系的肺鱼至今仍存活，分别在非洲、南美洲和澳大利亚。这些古老的“活化石”看起来仍然非常像它们的祖先。

研究人员对这3种谱系的肺鱼基因组进行了完整测序。结果显示，南美洲肺鱼的遗传物质在规模上打破了所有纪录:其DNA超过900亿个碱基，是已知最大的动物基因组，其大小是之前纪录保持者——澳大利亚肺鱼基因组的两倍多。

康斯坦茨大学进化生物学家阿克塞尔·迈耶说，南美洲肺鱼的19条染色体中，有18条的大小均超过了拥有近30亿个碱基的人类基因组。随着时间推移，自主转座子是肺鱼基因组膨胀到如此巨大的原因。这些DNA序列会“复制”，然后改变它们在基因组中的位置，进而导致基因组的增长。

分析表明，南美洲肺鱼基因组的扩张速度是目前有记录以来最快的。在过去的每1000万年里，其基因组都会增长，增长的量相当于整个人类基因组的大小。而且它还在继续增长，有证据表明造成这一现象的转座子仍处于活跃状态。

研究人员确定了这一巨大基因组增长的机制，极端扩张的部分原因在于piRNA丰度极低。这种RNA通常会使转座子沉默。

研究还发现，肺鱼鳍的进化与Shh信号通路的变化有关，这一发现为硬骨鱼的辐鳍与陆地脊椎动物手指之间的进化联系提供了额外证据，并有望揭示脊椎动物是如何从海洋登上陆地的。