(资料图片)
温度是影响生物生存、繁殖和分布的重要因素。在极端寒冷的环境下，一些恒温脊椎动物采取冬眠的方式，而无法调节体温的变温脊椎动物如南极冰鱼可通过产生抗冻蛋白的方式避免体液结冰。而有种不常见的生存策略是忍受体液的结冰，例如分布在北美的木蛙在冬天时会冻成“冰块”，春天时又能融化复苏。虽有较多关于结冰耐受的机制研究，但这种复杂的适应性进化的遗传基础尚不清楚。
中国科学院水生生物研究所研究员何舜平团队对已知唯一具有结冰耐受能力的鱼类葛氏鲈塘鳢（Perccottus glenii）以及其近缘但不具有耐寒能力的海南新沙塘鳢（Neodontobutis hainanensis）开展了比较基因组、转录组和代谢组学分析。研究发现，葛氏鲈塘鳢与海南新沙塘鳢约在1千5百万年前分化，葛氏鲈塘鳢具有更快的蛋白进化速率。
研究发现，葛氏鲈塘鳢基因组中与低代谢（如nadufaf6和atp5f1d）、细胞压力反应（如shc1、oxr1、hspa12b、ercc8和ercc6l2）、细胞骨架稳定性（如kntc2、spc24、haus3、CTTcomplex、tppp）、抗冻保护剂的合成（如g6pc和g3pp）、跨膜转运（如aqp1、aqp3、aqp4、aqp7和glut2）以及神经传递相关基因（如adora、gabrg2、mglur5和fbxo2）发生了快速进化或特异性扩张，并进一步揭示了相关基因在结冰前期、结冰期和复苏期的表达调控模式，这些基因的适应性变化可能在葛氏鲈塘鳢结冰耐受中发挥重要作用。同时，代谢组学分析揭示了与抗氧化应激反应有关的多种代谢物的含量变化并发现了多种糖类、醇和氨基酸可能是葛氏鲈塘鳢的抗冻保护剂（图1）。
上述研究为剖析变温脊椎动物结冰耐受适应的分子机制提供了证据，并为医学上的抗冻保护剂研发以及解析人类神经相关疾病如抑郁症等疾病的致病机理提供了参考。相关研究成果在线发表在Molecular Biology and Evolution上。
论文链接
葛氏鲈塘鳢结冰期和复苏期的转录及代谢调控
营业执照公示信息