深渊鱼类的起源演化及其环境适应的分子机制

The samples of some snailfishes were collected from the Mariana trench under more than 7000m depth by the TIANYA deep-sea lander carried on the research vessel TAN SUO YI HAO. This project will proceed the studies of classification, morphology, genomics and molecular biology for the deep-sea specific fishes. Because fo the occurring of 7000m depth under in the Mariana Trench, all the information it carried are very important materials to studies of the origination, evolution of hadal organisms and the adaption of extreme environment. Also these fishes live in such a deep environment, with a very indistinct background of classification, this project should at first describe the species through the comparing with many other marine fish species in large scale to confirm the systematic position. Also we will use the molecular phylogenetic methods with the big data of marine fish mitochondrial genome sequences to reconstruct the phylogeny of snail fishes. Through the anatomy, CT scanning and NMS to explore their inner structure with the genomic transcriptome data, we will confirm the molecular mechanism of hadal environment. We will compare the osteological structure of both the deep-sea and shallow-sea snailfishes to confirm the the osteologically adaptive character of hadal environment. At last , through the genomic and trancriptone comparison of deep and shallow-sea fishes, we will obtained the specific gene and gene family for hadal fishes. These gene function will be testified through zebrafish in situ assay.

对“探索一号“所搭载的“天涯号”深渊着陆器所诱捕的一批深渊特有鱼类狮子鱼进行分类学、形态学、解剖学、基因组学和分子生物学研究。由于该样品采自马里亚纳海沟7000米以下的环境，它所承载的所有信息都是研究深渊生物起源演化和极端环境适应的极好材料。由于这些鱼类分布在极端环境，分类学背景十分模糊，本项目拟对该物种进行分类学的比较描述，通过与大量的海洋鱼类进行比较以确定其分类地位。通过分子系统发育学的方法，结合大量的海洋鱼类全线粒体基因组数据重建其起源的系统发育关系。通过解剖学研究、CT扫描和核磁共振研究它内部的结构并结合基因组、转录组数据以研究其深渊环境适应的分子机制。同时我们拟对分布于浅海的深渊狮子鱼的近亲开展形态学比较，以期在骨骼形态上找到深渊适应的特点。通过深海和浅海狮子鱼的基因组和转录组比较，获得深渊环境适应特有的基因或基因家族。我们拟通过斑马鱼实验对这些基因进行功能的验证。

中国科学院探索一号科学考察船携带载人(深海勇士号)和不载人的潜水器(天涯海角), 在马里亚纳海沟及其邻近海区采集到了一批深海鱼类, 使得我国科学家首次能够研究深海和深渊鱼类. 特别是对采集自7450米深海狮子鱼的深入研究, 使我们在世界上首次披露了脊椎动物适应深海和深渊的机理. 普通的环境适应包括黑暗、视觉、寒冷就不再赘述. 主要的研究成果包括狮子鱼在形态上, 骨骼的变化, 细胞水平的抗压机理、分子水平的蛋白质三维结构的稳定. 在外部形态上, 狮子鱼的真皮退化, 身体表面包裹胶冻状物质, 增加了身体内外的通透性, 保持内外压力平衡. 高能辐射研究发现骨骼极度发育不全, 所有封闭的腔体退化, 包括脑颅. 这种结构使得骨骼系统具有极大的抗压能力.这种骨骼的退化, 被我们发现是BGP基因假基因化实现的. 基因组分析发现细胞水平的适应是通过不饱和脂肪酸基因的扩张, 使细胞膜通透性增加, 跨膜蛋白基因的扩张, 导致细胞的压力平衡离子通道增加, 从而使细胞在高亚条件下, 保持稳定. 我们海发现TMAO形成的酶基因有增强子插入, 导致TMAO增量. TMAO是高压环境中保证蛋白质三维结构稳定的物质. 基于全基因组的分子进化研究我们还发现狮子鱼的起源大约2000万年以前, 与海沟形成的时间大致同步. 在本基金资助下, 我们还对TS-14航次采集的其它深海鱼类开展了一系列的研究.我们的研究成果发表在NEE, SCSL, GBE, ZR, CELL和MBE上.