老基因，新花招：鳉鱼的悬浮生命科学

该研究结果发表在5月30日的《细胞》（Cell）杂志上，研究结果表明，鳉鱼在不到1800万年前通过共用起源于4.73亿年前的古老基因，发展出了休眠的能力。对比分析进一步证明，包括家鼠在内的其他动物在休眠期也有类似的基因表达模式。

资深作者、斯坦福大学分子生物学家安妮-布鲁内说："整个程序就像白天和黑夜--有正常状态下的生命，也有休眠状态下的生命。"

一对鳉鱼。图片来源：Rogelio Barajas 和 Xiaoai Zhao

鳉鱼的快速成熟和繁殖

弗氏假鳃鳉比其他脊椎动物成熟得更快，即使在人工饲养条件下，成鱼的寿命也只有 6 个月左右。在它们的水上家园消失之前，这些鱼会迅速繁殖，但它们的胚胎会留在干泥中，准备来年降雨时孵化。胚胎停育也会发生在其他脊椎动物身上，包括鱼类、爬行动物和一些哺乳动物，但鳉鱼的停育非常极端，因为它持续的时间非常长（平均为 8 个月，实验室中长达 2 年），而且鳉鱼胚胎进入停育期的时间比其他动物要晚得多。

加州大学旧金山分校的第一作者帕拉姆-普里亚-辛格（Param Priya Singh）说："这大致处于发育的中期，许多器官在这一阶段已经形成--它们有正在发育的大脑和心脏，心脏在休眠期停止跳动，然后又重新开始跳动。据我们所知，鳉鱼是唯一能在发育后期如此晚期休眠的脊椎动物。"

雄性鳉鱼。图片来源：Rogelio Barajas 和 Xiaoai Zhao

休眠期的详细基因分析

为了了解休眠进化，研究小组首先确定了弗氏假鳃鳉（Nothobranchius furzeri）在不同发育阶段的基因表达特征。他们重点研究了被称为"旁系亲属"的基因复制拷贝，因为基因复制是新基因起源和特化的主要机制之一。总的来说，研究人员发现了 6247 对旁系亲属在休眠期表现出特化的基因表达模式。令人惊讶的是，据他们估计，大多数休眠期特化基因都是"非常古老"的旁系亲属，起源于4.73亿年前。

布鲁内特说："尽管休眠进化的时间相对较短，但专门用于休眠的基因却非常古老。我们发现，鳉鱼中大多数专门用于休眠的基因都是非常古老的旁系亲属，这意味着它们在所有脊椎动物的共同祖先中都有复制。"

物种间的比较分析

由于弗氏假鳃鳉、南美鳉（Austrofunduluslimnaeus）（也会出现休眠）和两种不会出现休眠的鳉鱼：五线旗鳉（Aphyosemion striatum）和琴尾旗鳉（Aphyosemion austral）的胚胎基因表达进行了比较。

他们发现弗氏假鳃鳉和南美鳉的基因表达模式有明显的重叠，这两种鱼的停歇进化是相互独立的，但在两种非停歇物种中却没有发现。同样，研究人员还发现了小家鼠（Mus musculus）胚胎在休眠期基因表达模式的显著相关性，并表明小鼠的休眠期特化基因也有非常古老的起源。

辛格说："这表明，在远亲物种之间，使停歇得以实现的相同机制被反复采用，以实现停歇的进化。"

接下来，研究人员探索了这些休眠期特化基因在鳉鱼体内的调控方式。他们发现了几种控制休眠期基因表达模式改变的关键转录因子，包括REST和FOXO3，已知这两种转录因子在哺乳动物冬眠（一种不同的休眠形式）期间也会表达。值得注意的是，这些调控基因中有几个涉及脂质代谢，而脂质代谢在休眠期具有独特的特征。

"休眠的关键因素之一是这种特殊的脂质代谢，"布鲁内特说。"在休眠期，它们的甘油三酯和长链脂肪酸含量似乎要高得多，这是一种储存形式，也可能有助于长期保护生物体膜。"

停滞期研究的未来方向

研究小组计划继续研究不同物种如何调节休眠，并深入挖掘脂质代谢在休眠和其他类型的悬浮状态中的作用。

辛格说："这是一种非常复杂的状态，我认为我们只是触及了表面。我们想更深入地研究休眠期如何调节脂质代谢的具体方面，我们也有兴趣研究特定细胞类型在休眠期的作用。"

编译来源：ScitechDaily