研究揭示口孵魚類親代撫育行為的遺傳調(diào)控機(jī)制

近日，由中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員林強(qiáng)團(tuán)隊和浙江海洋大學(xué)教授高天翔團(tuán)隊等合作，以典型口孵魚類細(xì)條銀口天竺鯛為研究對象，揭示了口孵魚類親代撫育行為的遺傳調(diào)控機(jī)制。相關(guān)成果在線發(fā)表于《創(chuàng)新生命》。

論文共同第一作者、中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員張艷紅表示，親代撫育行為的演化代表了生物個體在適應(yīng)環(huán)境方面的重大突破，其形成機(jī)制一直是行為學(xué)、進(jìn)化生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題。口孵是硬骨魚類親代撫育的一種特殊形式，然而，目前關(guān)于口孵魚類親代撫育行為的遺傳調(diào)控機(jī)制研究甚少。

天竺鯛科魚類實現(xiàn)口孵育兒行為的遺傳基礎(chǔ)。研究團(tuán)隊供圖

研究人員以典型口孵魚類細(xì)條銀口天竺鯛為研究對象，對其育兒行為的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了探究。他們首先組裝了該物種染色體水平基因組，通過多物種的分子系統(tǒng)學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)魚類口孵行為最早可追溯到約2.5億年前，而口孵的天竺鯛科魚類的進(jìn)化分歧時間約為9, 700萬年前。同時發(fā)現(xiàn)魚類繁殖模式多樣化（雌性卵胎生、雄性育兒、卵生）主要集中于魚類物種多樣性爆發(fā)的白堊紀(jì)，揭示了魚類繁殖性狀與物種多樣性的共同演化，以及口孵行為的多次獨(dú)立進(jìn)化。

大約四分之一的魚類存在親代撫育行為，口孵又是硬骨魚親代撫育的一種特殊形式，至少9科魚類中存在口孵行為。研究人員首先選擇具有親代撫育行為（雌性卵胎生、雄性卵胎生、雌性口孵和雄性口孵）的代表性硬骨魚類，通過全基因組水平的趨同進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)多個基因如rab34, grm2等在親代撫育物種譜系中具有顯著的遺傳趨同信號，這些基因在胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。進(jìn)一步聚焦于口孵魚類，發(fā)現(xiàn)相對于普通卵生魚類而言，口孵魚類的編碼基因普遍表現(xiàn)出較快的進(jìn)化速率。

神經(jīng)遞質(zhì)催產(chǎn)素（Oxytocin，魚類中直系同源基因命名為isotocin）被稱為“愛的荷爾蒙”。全基因組趨同分析顯示，口孵魚類催產(chǎn)素通路具有明顯的適應(yīng)性遺傳突變，催產(chǎn)素信號通路相關(guān)基因在介導(dǎo)親代撫育行為中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，如CD38、IP3R等不僅存在氨基酸位點(diǎn)趨同變異，同時均受到顯著正選擇。神經(jīng)肽類物質(zhì)在調(diào)控動物社會行為，如親母行為、親代撫育行為中發(fā)揮重要作用。比較轉(zhuǎn)錄組分析顯示，神經(jīng)肽及其受體信號通路在天竺鯛雌雄個體間存在顯著差異；與不具備口孵行為的彈涂魚相比，雄性之間也存在明顯差異。

論文共同第一作者、中國科學(xué)院南海海洋研究所副研究員王信表示，口孵育兒行為雖增加了后代的存活率，但代價卻是將親本置于饑餓、免疫功能改變的特殊生理狀態(tài)。研究人員通過比較基因組和轉(zhuǎn)錄組分析共同揭示了天竺鯛在投資后代和維持自身健康之間的微妙平衡，并且發(fā)現(xiàn)了天竺鯛的免疫性別二態(tài)性，強(qiáng)調(diào)了雄性親本口孵行為對免疫相關(guān)基因表達(dá)的影響。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)口腔黏膜不僅特異性表達(dá)一些免疫相關(guān)基因，且首次證實口腔黏膜有孵化酶基因表達(dá)，揭示了口腔黏膜在保障口腔中胚胎正常發(fā)育和免疫防護(hù)等方面的獨(dú)特生物學(xué)功能。

“理解基因變異如何影響行為演化不僅有助于加強(qiáng)了我們對自然界的認(rèn)識，還對保護(hù)生物學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。”論文共同通訊作者林強(qiáng)表示，該研究通過揭示魚類育兒行為的遺傳基礎(chǔ)，為我們深入了解魚類進(jìn)化過程和復(fù)雜行為驅(qū)動機(jī)制提供了寶貴的見解。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.59717/j.xinn-life.2024.100066