四足动物从水生到陆生转变遗传！西工大学者揭秘重大研究进展

记者从西北工业大学获悉，北京时间2月5日凌晨，西北工业大学重大科研成果在国际知名学术刊物《CELL》(《细胞》 )上发表。

该成果分别为《非洲肺鱼基因组为揭示脊椎动物从水生到陆生进化机制提供新启示》 ( africanlungfishgenomeshedslightonthevertebratewater-to-land transition )、 055-79000 ( tracingthegeneticfootprintsofvertebratelandinginnon-teleo stray-finned fishes ) )，又称陆生脊椎动物“四足动物”

包括人类在内的陆生脊椎动物的祖先，鱼类在4亿年前从海洋向陆地进化。

这一过程需要在呼吸系统、运动系统、神经系统等方面进行各种生理和形态的创新，以实现水生向陆生的转化。

经过长期的古生物学和脊椎动物学的研究，已知现在活着的四足动物的鱼类的近亲是肺鱼。

肺鱼和四足动物属于肉鳍鱼类，肉鳍鱼类和辐条鱼类(常见的各种鱼)统称硬骨鱼类。

从硬骨鱼的祖先到鳉的祖先、四足动物，各种进化变化的遗传创新基础是什么，是科学界尚未解决的重大科学问题。

分析肺鱼和原始辐条鱼类等“活化石”鱼类的基因组是解决这一重大问题的关键。

《在原始辐鳍鱼中追溯脊椎动物登陆的遗传印迹》在线发表的由西工大生态环境学院与国内外合作者合作完成的上述两篇研究论文，在第一批成果的第一作者是西工大王易副教授的第二批成果研究中，王易副教授和王文教授分别是共同第一作者和共同通信作者。

据介绍，这两项成果分别解析了非洲肺鱼和原始辐鱼中的鳉、吻鲛、鳉和鳄梨的基因组，然后通过基因组学、进化生物学、鱼类学、古生物学、计算生物学和分子生物学等多学科交叉比较分析，分别从不同角度

生物的遗传信息保存在DNA中，一类DNA的总和称为这类基因组。

肺鱼的基因组大小是人类的10倍以上，解析这个超大型基因组是科学界的难题。

第一个成果发现脊椎动物从水生到陆生的进化经历了三个重要的遗传创新过程。

硬骨鱼类祖先中，已出现空气呼吸能力和空气嗅觉的分子基础； 在后续硬骨鱼类进化的一个分支肉鳍鱼类中，出现了更多的呼吸相关基因和功能元件，这些进一步加强了空气呼吸能力的鳍鱼类进化的分支四足动物进化了更多的基因和功能元件，从而具备完整的空气呼吸能力，成功摆脱了水的束缚。

四肢运动相关基因也呈现类似渐进创新的特征。

四足动物的肱骨是原始的鳉的后鳍骨和同源器官，桡骨起源于肺鱼和四足动物的祖先，五指起源于四足动物。

该成果的研究发现了参与这些功能形成的基因和基因调控元件。

另外，还发现了大脑和心脏等多种器官适应陆地生活的遗传变异基础。

该成果成功解析了非洲肺鱼的基因组，该基因组成为迄今为止被解析的最大基因组。

研究开发的两个基因组分析软件已成为基因组学研究领域的通用软件再次彰显了我国基因组学研究领域的前沿影响力。

第二个成果是以原始的鳉的基因组为中心，分析四足动物祖先更早期的进化历史。

在四足动物的起源过程中，鳍进化为四肢，鳃式呼吸进化为肺式呼吸。

本研究表明，调控四肢运动灵活性的基因功能元件已在硬骨鱼类共同祖先中出现，这些元件在一个分支——真骨鱼中丢失，但在包括原始分支鱼(分支鱼的另一进化分支)和人类在内的四足动物共同祖先中

肺的功能形态和遗传基础的起源可追溯到所有硬骨鱼的共同祖先。 这一时期的“原肺”在青鳉(原始辐鱼)和肺鱼中不断向更成熟的肺进化，在我们常见的真骨鱼中向鲫鱼进化。

基于原始鳉和肺鱼的比较基因组学研究揭示的脊椎动物从水生到陆生的重要遗传创新。

西北工业大学供应图

这两个成果为揭示脊椎动物从水生到陆生的遗传创新基础提供了新的认识，是陆生脊椎动物(四足动物)起源演化研究的新里程碑，所鉴定的各种遗传变异将为未来肺、四肢、脑、心等器官组织的起源和功能研究提供更多的依据

参加该项研究的是西工大生态环境学院的王文和邱强教授率领的科研团队。

团队主要从事组学大数据、生物适应进化机制及其仿生应用等方面的研究，近年来取得了一系列前沿创新成果。

来源：中国青年报客户端