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研究揭示洞穴魚玫瑰高原鰍色素退化分子機(jī)制
洞穴魚類因長期生活在黑暗的地下水域，逐漸演化出眼睛、色素退化、嗅覺增強(qiáng)等特征，是研究適應(yīng)性演化和趨同演化的理想模型。此前，有研究揭示多個(gè)色素相關(guān)基因突變與洞穴魚類色素退化相關(guān)，但學(xué)界對其分子機(jī)制和演化驅(qū)動(dòng)力尚不明晰。
近日，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員郭寶成和副研究員趙亞輝、孟凡偉團(tuán)隊(duì)以中國特有洞穴魚類玫瑰高原鰍（Triplophysa rosa）及其地表種細(xì)尾高原鰍（T. stenura）為研究對象，通過比較轉(zhuǎn)錄組、選擇壓力分析及基因功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，揭示了mitfa基因剪接突變在色素退化中的關(guān)鍵作用，并發(fā)現(xiàn)色素沉著特異基因在洞穴環(huán)境中經(jīng)歷了放松的純化選擇。
研究通過組織學(xué)分析確認(rèn)了玫瑰高原鰍皮膚中黑色素體的色素沉著顯著減少，并通過轉(zhuǎn)錄組比較發(fā)現(xiàn)，洞穴魚中如tyr、tyrp1a、oca2等多個(gè)黑色素合成關(guān)鍵基因表達(dá)顯著下調(diào)?；蛐蛄蟹治霭l(fā)現(xiàn)，mitfa基因第4內(nèi)含子5‘剪接位點(diǎn)發(fā)生突變，使外顯子4末端63個(gè)核苷酸缺失，繼而使mitfa激活結(jié)構(gòu)域缺失21個(gè)氨基酸，嚴(yán)重影響其轉(zhuǎn)錄激活功能。研究人員進(jìn)一步利用斑馬魚mitfa突變體進(jìn)行功能拯救實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，地表魚來源的mitfa能有效恢復(fù)黑色素合成，而洞穴魚mitfa挽救效果顯著減弱，這證實(shí)該剪接突變是導(dǎo)致玫瑰高原鰍色素退化的關(guān)鍵因素。進(jìn)化分析表明，洞穴魚譜系中色素特異性基因的Ka/Ks比值顯著高于地表魚，說明這些基因在洞穴環(huán)境中經(jīng)歷了放松的純化選擇。
該研究首次揭示了剪接突變在洞穴魚類色素退化中的重要作用，并從分子機(jī)制和進(jìn)化驅(qū)動(dòng)力的角度為學(xué)界理解洞穴魚類表型退化提供了新的視角。
相關(guān)研究成果以A Splicing Mutation in?mitfa?is Involved in the Depigmentation of Cavefish?Triplophysa rosa為題，發(fā)表在《分子生物學(xué)與進(jìn)化》（Molecular Biology and Evolution）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會等的支持。
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