新城

津巴布韦和莫桑比克的暂养池塘是弗氏假鳃鳉的家园。为了度过每年的旱季，这种鱼的胚胎会进入长达约 8 个月的极度休眠或"休眠"状态。一项新的研究揭示了使鳉鱼能够维持这种非凡生存技巧的进化适应性。

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