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环太平洋地区的菜单上有石斑鱼，大多数情况下很少考虑这种鱼的起源或盘子上的 137 种物种中的哪一种——它通常被简单地识别为石斑鱼，或者错误地被识别为鳕鱼或红鲷鱼。 但这条看似无名的鱼——地球上寿命最长的脊椎动物之一——掌握着决定寿命的基因以及长寿的利弊的线索。 在本周发表在《科学》杂志上的一项研究中，加州大学伯克利分校的生物学家比较了栖息在太平洋沿岸水域的近三分之二的已知岩鱼物种的基因组，并发现了一些遗传差异。 它们的寿命差异很大。 一些岩鱼，如彩色印花布岩鱼 (Sebastes dallii)，寿命仅超过十年，而寿命最长的岩鱼属 — 粗眼岩鱼 (Sebastes aleutianus)，可从日本到阿留申群岛找到 ——可以在寒冷、深海的海床上闲逛 200 多年。 它们的寿命范围很广，更不用说大小、生活方式和生态位的差异（科学家称之为表型），它们只进化了 1000 万年——这是所有鱼类中辐射速度最快的一种。 为了揭示石鱼寿命的遗传决定因素，研究人员从 88 个物种中获取了组织样本——偶尔还会品尝样本，并使用一种称为 Pacbio 或 SMRT 测序的最先进技术对它们的完整基因组进行测序。 他们发现了多种与寿命延长相关的基因，尽管其中一些基因涉及适应更深的生活和长得更大，这两者都与寿命延长有关。 例如，在哺乳动物中，大象的寿命比老鼠长。 研究结果还强调了长寿命的权衡，其中包括较小的种群——这也出现在哺乳动物中，短命的老鼠远远超过长命的大象。 “在这项研究中，我们确定了适应极端寿命的遗传原因和后果，”资深作者、加州大学伯克利分校综合生物学助理教授 Peter Sudmant 说。 “能够观察一组物种并了解它们的表型是如何随着时间的推移而形成的，以及驱动该表型的遗传变化，同时，该表型如何反馈并影响该种群的遗传多样性，这是非常令人兴奋的 .” 印花布岩鱼 Sebastes dallii 是太平洋岩鱼中寿命最短的，有 12 年的寿命。 图片来源：K. Lee。 Sudmant 承认，他和他的团队发现与寿命相关的许多生物学途径之前已经在单个动物物种变异的遗传研究中被确定，尽管这项研究确实涉及这些途径中的几个新基因。 尽管如此，这一已辐射整个太平洋的鱼类的自然变异独特地囊括了影响寿命的许多遗传因素中的大部分。 “你可以将石斑鱼视为一种完美的风暴。在某些方面，无论是在个体层面上——由于大小和深度的适应性，个体鱼能够存活很长时间——而且只是拥有所有这些不同的物种 正在显示出这些不同的趋势，”他说。 “它们是一组完美的个体，而其他人只需要观察一个物种。” 该研究还对理解人类寿命有影响。 Sudmant 和他的同事们发现，寿命较长的物种比寿命较短的物种具有更多的免疫调节基因——特别是一组称为嗜酪素的基因。 由于免疫系统参与调节炎症，而炎症增加与人类衰老有关，因此研究结果指出基因可能成为减缓体内与年龄相关的损伤的治疗靶点。 “这里有机会观察大自然，看看自然适应如何塑造寿命，并思考这些相同类型的基因如何在我们自己的身体中发挥作用，”他说。 大小和栖息地解释了鱼类的许多寿命变化 研究人员寻找在寿命较长的鱼类中更常见的 DNA 变异，并发现了 137 个与长寿相关的基因变异。 然而，并非所有这些都对寿命有直接影响。 研究人员小心翼翼地分离出允许石鱼适应更深的深度并长得更大的遗传变异，因为这些适应本身具有增加寿命的副作用。 例如，更深、更冷的水域会减慢新陈代谢，这与许多动物的寿命更长有关。 “我们可以通过观察成熟时的大小和鱼生活的深度来解释 60% 的寿命变化，”Sudmant 说。 “因此，您可以仅从这些因素中以相当高的准确度预测寿命。这使我们能够确定允许它们做这些事情的基因。” 其余与长寿相关的变异主要涉及三种类型的基因：用于修复 DNA 的基因数量的增加； 许多调节胰岛素的基因的变异，长期以来一直被认为会影响寿命； 以及对调节免疫系统的基因的富集。 更多的 DNA 修复基因可以帮助预防癌症，而更多的免疫基因可以帮助抵御感染和癌症。 Sebastes 属太平洋岩鱼的蒙太奇，从寿命最短到寿命最长。 图片来源：加州大学伯克利分校的 Peter Sudmant “在这些鱼中选择了胰岛素信号通路的六个不同成员，”Sudmant 说。 “如果你看教科书，大约有九到十个途径的核心成员，所以他们中的大多数都在石斑鱼中被选中。” Sudmant 说，从本质上讲，一些岩鱼物种仅仅通过适应生活在更深、更冷的水域并增加它们的大小来延长它们的寿命。 然而，寿命最长的物种通过调整它们的 DNA 修复、胰岛素信号和免疫调节基因，进一步延长了它们的寿命。 从 88 个石斑鱼基因组中，研究人员还能够推断出石斑鱼祖先基因组的样子以及物种是如何从 1000 万年前的共同祖先进化而来的。 他们发现，随着寿命的延长，人口水平也随之下降。 一些寿命最长的物种今天以少量生存，它们依靠非常古老但非常肥沃的雌性来补充种群。 这些大、老、肥、多产的雌性鱼，或 BOFFFF，正如它们在鱼类保护界所熟知的那样，产生了大部分后代——有时每年有数百万只，尽管存活率很低——这些后代是下一代的种子。 “在这些岩鱼中，我们实际上可以观察到在这 1000 万年期间发生的这种进化，我们观察到，当某些物种的寿命较短时，它们的种群规模会扩大，而当它们寿命较长时，它们的种群规模会扩大 合同，”他说。 “我们可以在它们的基因组中，在这些物种中存在的遗传变异中看到这一特征。因此，适应长短寿命都会产生影响。” 他说，一个有趣的发现是长寿物种具有过量的某些类型的 DNA 突变——特别是核苷酸对 CG（胞嘧啶-鸟嘌呤）向 TG（胸腺嘧啶-鸟嘌呤）的转化——已知会在肿瘤中积累 随着老化。 由于这些长寿物种中最年长的雌性产生了大部分后代，因此这些不寻常的基因改变会传递给其他长寿种群。 Sudmant 和他的实验室同事目前正在参与蝙蝠、灵长类动物和其他生物之间类似的基因组比较，研究与寿命、衰老、压力和其他表型差异相关的基因。 但他说，石鱼项目很特别。 “在遗传学领域，我们经常因为进行钓鱼探险的实验而受到嘲笑，”他说。 “这在字面上和比喻上都是一次钓鱼探险。” 加州大学伯克利分校的博士后研究人员 Sree Rohit Raj Kolora 和 Gregory Owens 现就职于加拿大不列颠哥伦比亚省维多利亚大学，是该论文的共同第一作者。 Study: The human lifespan is written into our DNA More information: Sree Rohit Raj Kolora et al, Origins and evolution of extreme lifespan in Pacific Ocean rockfishes, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abg5332. ww.science.org/doi/10.1126/science.abg5332  文章来源网络整理；如有侵权请及时联系PaperRSS小编删除，转载请注明来源。 温馨提示： 为方便PaperRSS粉丝们科研、就业等话题交流。我们根据10多个专业方向（植物、医学、药学、人工智能、化学、物理、财经管理、体育等），特建立了30个国内外博士交流群。群成员来源欧美、日韩、新加坡、清华北大、中科院等全球名校。 |
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