鯊魚(yú)托兒所：揭開(kāi)軟骨魚(yú)活產(chǎn)的神秘面紗

胎生，或生下活的幼仔的能力通常與哺乳動(dòng)物有關(guān)。然而，這種繁殖方式在各種脊椎動(dòng)物中已經(jīng)進(jìn)化了多次，有150多次單獨出現。這包括爬行動(dòng)物中的100多例，骨魚(yú)中的13例，軟骨魚(yú)中的9例，兩棲動(dòng)物中的8例，以及哺乳動(dòng)物中的1例。

皺腮鯊具有獨特的活體繁殖模式，并被認為表現出不少于三年的漫長(cháng)孕育時(shí)間。

因此，為了理解胎生性的進(jìn)化，有必要在不同的進(jìn)化譜系中研究這一特征。就軟骨魚(yú)類(lèi)而言，包括鯊魚(yú)、鰩魚(yú)和鰩魚(yú)等物種，這些物種中多達70%的魚(yú)會(huì )產(chǎn)下活體幼魚(yú)。盡管如此，由于這些動(dòng)物難以捉摸的性質(zhì)、低繁殖力以及龐大和重復的基因組，人們對它們的活體性仍然了解不足。

在最近發(fā)表在《基因組生物學(xué)與進(jìn)化》上的一篇文章中，由日本理化學(xué)研究所生物系統動(dòng)力學(xué)研究中心植物信息學(xué)實(shí)驗室組長(cháng)Shigehiro Kuraku領(lǐng)導的一個(gè)研究小組，著(zhù)手解決這一問(wèn)題。他們的研究確定了蛋黃蛋白，這些蛋白在哺乳動(dòng)物轉向胎生后消失，但在胎生鯊魚(yú)和鰩魚(yú)中保留。他們的研究結果表明，這些蛋白質(zhì)可能已經(jīng)進(jìn)化出一種新的作用，為軟骨魚(yú)類(lèi)的發(fā)育中的胚胎提供營(yíng)養。

據現在在三島國立遺傳學(xué)研究所擔任分子生命史實(shí)驗室教授的Kuraku說(shuō)，調查人員長(cháng)期以來(lái)一直想進(jìn)一步了解鯊魚(yú)及其親屬中胎生性的進(jìn)化。"繁殖是軟骨魚(yú)類(lèi)最迷人的特征之一，因為它們顯示出廣泛的繁殖模式"。

在胎生物種中，這包括一系列為發(fā)育中的胚胎提供營(yíng)養的機制，從完全依靠胚胎卵黃囊中的營(yíng)養，到喂養胚胎未受精卵，從子宮中分泌營(yíng)養("子宮乳")，或通過(guò)胎盤(pán)轉移營(yíng)養物質(zhì)。

為了更好地了解這些不同的機制，作者搜索了12種軟骨魚(yú)類(lèi)的基因組和轉錄組數據，以尋找卵黃素(VTG)的同源物，卵黃素是產(chǎn)卵物種在雌性肝臟中合成的主要卵黃蛋白。無(wú)論它們的繁殖方式如何，所有軟骨魚(yú)類(lèi)都至少有兩個(gè)Vtg的拷貝，而所有Vtg的拷貝都已從哺乳動(dòng)物中消失(盡管作者在一種有袋動(dòng)物中發(fā)現了一個(gè)拷貝，而以前并不知道它有一個(gè)Vtg基因)。

接下來(lái)，作者搜索了VTG受體的同源物;雖然哺乳動(dòng)物保留了該受體的一個(gè)拷貝，但Kuraku和他的同事在軟骨魚(yú)類(lèi)中發(fā)現了兩個(gè)古老的串聯(lián)復制，產(chǎn)生了三個(gè)受體的拷貝。作者指出，這一發(fā)現是出乎意料的。

"我們預測鯊魚(yú)基因組中保留了蛋黃蛋白基因，因為活體鯊魚(yú)部分依賴(lài)于蛋黃的營(yíng)養供應，"Kuraku說(shuō)。"最讓我們吃驚的是，包括鯊魚(yú)在內的軟骨魚(yú)類(lèi)有更多的蛋黃蛋白受體基因拷貝"。

這表明，這些蛋白質(zhì)可能在這種胎生魚(yú)系中提供一種新的功能。為了闡明VTG及其受體在這些物種中的功能，作者比較了一種產(chǎn)卵鯊魚(yú)(云紋貓鯊)和兩種胎生鯊魚(yú)的組織轉錄組數據。皺腮鯊是一種胎生物種，不向發(fā)育中的胚胎提供母體營(yíng)養，而星鯊則有胎盤(pán)。在產(chǎn)卵的云紋貓鯊中，VTG主要在肝臟中表達，而其受體主要在卵巢中表達。

相反，在兩種胎生鯊魚(yú)中，VTG不僅在肝臟中表達，而且在子宮中也表達。有趣的是，VTG受體在這些物種的子宮中也有表達。這表明，VTG蛋白可能不僅具有卵黃營(yíng)養物的功能，而且還可能被輸送到子宮，在那里它們可能在一些軟骨魚(yú)類(lèi)中發(fā)揮提供基于母體的營(yíng)養的作用。

正如作者所指出的，這種令人感興趣的可能性還有待通過(guò)功能研究加以證實(shí)。他們還希望將這一分析擴展到對與軟骨魚(yú)各種繁殖模式相關(guān)的因素進(jìn)行全基因組調查。不幸的是，鑒于在獲得生物樣本方面的挑戰，這種實(shí)驗在這些物種中很難進(jìn)行。然而，Kuraku和他的合作者希望能改變這種情況。

Kuraku說(shuō)："這項研究是通過(guò)具有各種專(zhuān)業(yè)知識的人之間的網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現的，他們認識到軟骨魚(yú)的生物潛力，這也帶來(lái)了Squalomix聯(lián)盟的啟動(dòng)和發(fā)展，"這是一項在2020年發(fā)起的倡議，旨在促進(jìn)專(zhuān)門(mén)針對鯊魚(yú)和鰩魚(yú)物種的基因組和分子方法。該聯(lián)盟旨在公開(kāi)其資源，包括一種可能有助于實(shí)現分子功能測定的細胞培養技術(shù)，促進(jìn)未來(lái)對這些難以捉摸和迷人的生物的繁殖模式的研究。

標簽： 生物科學(xué) 軟骨魚(yú)活產(chǎn) 脊椎動(dòng)物 爬行動(dòng)物