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鲱鱼如何适应波罗的海的光环境

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-08-27 12:17  浏览次数:0
摘 要:当一个物种在一个新的环境中定居时发生的进化过程提供了一个机会来探索遗传适应的机制,这是理解进化和维持生物多样性的基本知识
 当一个物种在一个新的环境中定居时发生的进化过程提供了一个机会来探索遗传适应的机制,这是理解进化和维持生物多样性的基本知识。由瑞典乌普萨拉大学的研究人员领导的一个国际科学家小组报告说,当鲱鱼适应波罗的海的红移光环境时,光感应视紫红质蛋白质中的一个单一氨基酸变化起到了关键作用。值得注意的是,生活在咸水或淡水中的所有鱼类中,约有三分之一携带相同的变化。这项研究今天发表在PNAS上。
 
“大西洋和波罗的海鲱鱼是进化研究的优秀模型,有两个原因,”乌普萨拉大学和领导这项研究的德州农工大学的莱夫·安德森博士解释说。首先,它们庞大的种群规模使我们能够研究自然选择的影响,而不必考虑小种群中发生的基因变异频率的干扰随机变化。其次,在过去的10000年内(在最近的冰川作用之后),通过鲱鱼在含盐的波罗的海定居,提供了一个研究当一个物种适应新环境时会发生什么的机会。”
 
科学家杰森·希尔说:“我们对大西洋和波罗的海鲱鱼的许多种群的整个基因组进行了研究,发现蛋白质视紫红质中的一个单一氨基酸变化(其中苯丙氨酸已被酪氨酸取代)在适应波罗的海的过程中起着关键作用。”在瑞典乌普萨拉的乌普萨拉大学,论文的第一作者。这很有意义,因为视紫红质是视网膜中的一种感光受体,卫星数据显示波罗的海与大西洋相比有一个红移的光环境,因为溶解的有机物质吸收蓝光。
 
 
“对我们的数据进行仔细的遗传分析表明,进化过程一定非常迅速。我们估计,在波罗的海鲱鱼中发现的视紫红质基因变异频率增加,在短短几百年内成为最常见的变异,”乌普萨拉大学的科学家Mats Pettersson说。modis aqua卫星数据捕捉波罗的海的红移光环境,在那里溶解的有机物和浅层深度导致蓝光光谱中波长的吸收更大。图片由Erik Enbody提供。氨基酸苯丙氨酸和酪氨酸在结构上非常相似,只是在酪氨酸中存在羟基(-oh)部分不同,所以这种变化真的如此重要吗?
 
事实上,视紫红质的晶体结构表明,残基261位于发色团视网膜附近,在那里发生光吸收。波罗的海鲱鱼视紫红质中的酪氨酸使光吸收红移约10纳米,从而在波罗的海红移光环境中捕获更多的光子,”德国柏林Charit_-Universit_Medizin柏林大学的Patrick Scheerer博士说,还有一个这项研究的共同作者。
 
当科学家分析了2000多种鱼类的视紫红质序列时,他们发现,大约三分之一产于微咸水或淡水中的物种携带与波罗的海鲱鱼完全相同的基因变化,而几乎所有生活在海水中的鱼类都有视紫红质基因变异。像大西洋鲱鱼一样含有苯丙氨酸。”值得注意的是,我们发现相同的突变在数千种鱼类中独立发生至少20次,这提供了一个在分子水平上聚合进化的非常显著的例子,”乌普萨拉大学的合著者和博士后研究员Erik Enbody说。
 
我们的假设是,视紫红质的这种变化在幼鱼期尤为重要,而且波罗的海鲱鱼变种允许鱼类幼鱼在寻找食物或躲避捕食者时更好地利用波罗的海的光环境,”Leif Andersson解释说。这一假设得到了他们的发现的支持,即大西洋鲑鱼和棕色鳟鱼总是在淡水中产卵,但可能大部分生活在海水中,它们的视紫红质中含有酪氨酸261,就像淡水鱼一样。相比之下,欧洲和日本的鳗鱼都出生在海水中,但成年后大部分生活在淡水中,它们携带苯丙氨酸261,就像大多数海洋鱼类一样。
 
 
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