这些小鱼“解锁”了古老的基因,在长达数月的干旱中幸存下来

生活在半干旱地区,非洲绿松石鳉鱼已经开发出一种方便的生物黑客,可以在长达数月的干旱中幸存下来,这些干旱每年都会使泥泞的池塘干涸。

发育中的胚胎这些拇指长的鱼在大脑和心脏开始形成后不久就停止了生长。几个月来,它们一直处于一种称为“滞育”的暂停状态,以等待漫长的干旱期。

现在科学家们已经弄清楚了非洲绿松石鳉鱼(Nothobranchius furzeri)管理了这种抗旱技巧:通过选择埋藏在其基因组中的古老基因,这些基因起源于4.73亿年前。

来自美国和德国的一组研究人员的这一发现令人惊讶,因为N. furzeri 富尔泽里直到大约1800万年前,当它进入短暂的池塘时,它才进化出进入滞育的能力。

从研究小组对滞育基因的分析来看,获得这种相对较新的技能似乎涉及鳉鱼利用一些非常古老的硬件。

“尽管滞育进化得相对较晚,但专门研究滞育的基因确实很古老,”解释斯坦福大学的分子生物学家安妮·布鲁内特(Anne Brunet)。

“我们发现,大多数专门用于鳉鱼滞育的基因都是非常古老的旁系同源物,这意味着它们在所有脊椎动物的共同祖先中都是重复的。

旁系同源物是当一个基因被复制粘贴到基因组中时产生的一对基因,可以在同一条染色体上,也可以是一条单独的染色体上。除了随机突变之外,这基因复制是产生新基因或获得新功能的主要方式之一。

布鲁内特的研究小组发现,在绿松石鳉鱼中,每对副同源物中的一个基因在滞育中高度表达,而其伴侣在活跃发育过程中被打开。

“整个节目就像白天和黑夜一样,”布鲁内特.

将非洲绿松石鳉鱼与其他鳉鱼物种进行比较,无论是否滞育,研究人员还发现N. furzeri 富尔泽里已经“解锁”了其基因组的一部分,以利用数千个古老的旁系同源物进行滞育。

可能正在寻找适应恶劣环境条件的方法,专门的旁系同源基因N. furzeri 富尔泽里基因组更容易被将这些基因翻译成工作蛋白质的细胞机器所接受。

这种基因组重塑导致了脂质代谢的转变,非洲绿松石鳉鱼胚胎现在在滞育中产生更多的超长链脂肪酸,研究人员认为这可以保护它们的基因组免受损害。

虽然鳉鱼胚胎不能与缓步动物相媲美——但微观生存者可以去几十年没有水因为他们的细胞不会萎缩– 他们通过产生大量脂质来暂停发育而不伤害半成型器官的诀窍是非凡的。

“Killifish是我们所知道的唯一可以在发育后期经历滞育的脊椎动物物种,”加州大学旧金山分校的生物信息学家Param Priya Singh与斯坦福大学的计算生物学家Adam Reeves一起领导了这项研究。

“他们有一个正在发育的大脑和一个心脏,在滞育时停止跳动,然后重新开始。

先前的研究表明,这种彻底的停滞发展,在你认为会是一个关键时刻,不会缩短寿命完全发育的鳉鱼成鱼。

现在,辛格和同事们说出他们的发现非洲绿松石鳉鱼富含脂肪的生存策略“为[制定]策略(包括基于脂质的干预措施)提供了可能性,以促进长期组织保存和对抗与年龄有关的疾病。

该研究已发表在细胞.

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