题名深海盲鳗与超深渊海葵的系统发育和适应性进化研究
作者史孟可1,2
答辩日期2024-05
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院深海科学与工程研究所
导师贺丽生
关键词深海 寡营养 高静水压 盲鳗 海葵
学位名称理学博士
学位专业海洋生物学
英文摘要

深海具有高压、低温、寡营养、黑暗等环境特征,然而深海中却不乏生物的存在,深海生物如何在深海的环境下生存一直是研究的热点。本研究以深海盲鳗为主要研究对象,应用比较基因组学的方法,探究其系统发育关系及其对深海寡营养和高静水压环境适应性进化特征,主要结果有:(1)本研究通过形态学特征和线粒体基因的分子相似度鉴定,确定了该深海盲鳗的种类为Eptatretus okinoseanus;(2)成功构建了深海盲鳗E. okinoseanus首个染色体水平的体细胞基因组。该基因组序列长度约为1.89 Gb,由17条染色体组成,长度从60.4 Mb172.1 Mb不等,重复序列占约基因组的66.10%,主要由转座元件(TEs)组成;(3)共线性分析表明深海盲鳗E. okinoseanus与浅海盲鳗之间的共线同源区块比例为43.83%,与七鳃鳗之间的共线同源区块比例仅为10-15%;(4)基于单拷贝同源基因的系统发育分析结果表明,盲鳗和七鳃鳗聚为一支,其他脊椎动物聚为另外一支,支持圆口纲单系;基于15个圆口纲生物线粒体基因组构建的进化树显示,相较于浅海盲鳗,深海盲鳗E. okinoseanus与另一种生活在深海的盲鳗Eptatretus atami的亲缘关系更近;(5)分化时间估计结果表明,盲鳗和七鳃鳗大约在4.61亿年前的奥陶纪发生分化,深海盲鳗和浅海盲鳗的分化时间发生在距今5880万年前的古新世时期;(6)相较于浅海盲鳗和七鳃鳗,深海盲鳗E. okinoseanus的基因组中,促进三酰甘油储存的Perilipin基因家族显著扩张。而且一些参与脂肪酸合成与代谢、血糖调节和代谢速率调节的基因,或扩张、或快速进化、或正选择。另外,应激活化蛋白激酶JNK的一个正选择位点由异亮氨酸替换为缬氨酸,缬氨酸具有嗜压特性,这一变化可能有助于深海盲鳗适应高静水压力的生活环境;(7)相较于浅海盲鳗,深海盲鳗E. okinoseanus的嗅觉受体基因显著扩张,并发现了三个仅在盲鳗嗅觉受体中存在的保守基序;(8)相较于高等脊椎动物和七鳃鳗,盲鳗基因组中,大部分在视锥细胞和视杆细胞中表达以及与视觉循环相关的视觉基因缺失,但Nxnl2基因在盲鳗中被保留,该基因不仅能够维持视锥细胞功能,还对嗅觉神经元有保护作用。

除此之外,我们还对采集于马里亚纳海沟9462米的超深渊海葵的线粒体基因组进行了分析,探究其系统发育关系及其对深海超高静水压力的适应性进化特征,结果如下:(1)系统发育树和分化时间估计表明,超深渊海葵 Galatheanthemum sp. MT-2020和深海海葵Paraphelliactis xishaensis之间的亲缘关系相较于其他浅海海葵更为密切,两种海葵的最近共同祖先(MRCA)起源于侏罗纪早期200.22 Mya;(2)比较分析发现,Galatheanthemum sp. MT-2020线粒体基因组的AT偏斜值最低,atp8基因具有正的GC偏斜值,其余绝大部分的海葵都是负值;另外,深海组蛋白编码基因对缬氨酸的使用率显著高于浅海组,而缬氨酸被证明是具有最强嗜压特性的五种氨基酸之一,且它作为支链氨基酸,可参与形成疏水簇并构成蛋白质的疏水核心,有助于蛋白质在高能量状态下维持稳定;(3)深海和超深渊海葵的进化速率比生活深度小于3000米的其他海葵物种慢,这种缓慢的进化速率可能与深海和深渊区域相对稳定的环境条件有关。另外,蛋白编码基因ND4为正选择基因,该基因能够影响NADH脱氢酶复合体的效率。

在本研究中,我们选择了深海盲鳗和超深渊海葵作为研究对象。通过比较基因组学的方法,探究了这两种生物如何适应深海中的两大关键环境因子:一是有限的食物来源;二是超高的静水压力。本研究结果揭示了它们各自的适应机制,并发现了一些共性,为理解深海生物如何适应深海极端环境提供了重要的参考依据。

语种中文
内容类型学位论文
源URL[http://ir.idsse.ac.cn/handle/183446/11084]  
专题深海科学研究部_深海生物学研究室
作者单位1.中国科学院深海科学与工程研究所
2.中国科学院大学
推荐引用方式
GB/T 7714
史孟可. 深海盲鳗与超深渊海葵的系统发育和适应性进化研究[D]. 中国科学院深海科学与工程研究所. 中国科学院大学. 2024.
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