鲨鱼育苗场内部：软骨鱼活产的进化

《基因组生物学与进化》上的一项新研究表明，蛋黄蛋白可能已被选为产卵鲨鱼及其亲属提供母体营养。

虽然生下活的幼崽是大多数人与哺乳动物相关的特征，但这种繁殖模式(也称为胎生)在脊椎动物中已经进化了 150 多次，包括 100 多个爬行动物的独立起源，13 个硬骨鱼，<> 个软骨鱼，<> 个两栖动物，一次哺乳动物。因此，了解这种生殖模式的进化需要研究多个谱系中的胎生。

在软骨鱼类(包括鲨鱼、鳐鱼和鳐鱼)中，多达 70% 的物种会生下幼崽;然而，由于这些动物难以捉摸、繁殖力低以及基因组大而重复，对这些动物的胎生仍然知之甚少。

在最近发表在《基因组生物学与进化》上的一篇文章中，由日本RIKEN生物系统动力学研究中心系统信息学实验室前团队负责人Shigehiro Kuraku领导的研究小组着手解决这一差距。他们的研究确定了蛋黄蛋白，这些蛋黄蛋白在转向胎生后在哺乳动物中丢失，但保留在胎生鲨鱼和鳐鱼中。他们的结果表明，这些蛋白质可能在为软骨鱼类发育中的胚胎提供营养方面发挥了新的作用。

Kuraku现在在三岛国立遗传学研究所担任分子生命史实验室教授，研究人员长期以来一直想更多地了解鲨鱼及其亲属胎生的进化。“繁殖是软骨鱼类最迷人的特征之一，因为它们显示出广泛的繁殖模式。

在胎生物种中，这包括为发育中的胚胎提供营养的一系列机制，从仅依靠胚胎卵黄囊中存在的营养物质，到喂养胚胎未受精卵，从子宫分泌营养物质(“子宫乳”)，或通过胎盘转移营养物质。

为了更好地了解这些不同的机制，作者搜索了12种软骨鱼类的基因组和转录组学数据，以寻找卵黄原蛋白(VTG)的同系物，VTG是产卵物种中雌性肝脏合成的主要蛋黄蛋白。无论它们的繁殖方式如何，所有软骨鱼类都至少有两个VTG拷贝，而所有VTG拷贝都从哺乳动物中丢失(尽管作者确实在袋獾中发现了一个拷贝，这是一种有袋动物，以前不知道它含有VTG基因)。

接下来，作者搜索VTG受体的同系物;虽然哺乳动物保留了这种受体的单个拷贝，但Kuraku和他的同事发现了两个古老的串联重复，在软骨鱼类中产生了三个受体拷贝。作者指出，这一发现是出乎意料的。

“我们预测了鲨鱼基因组中蛋黄蛋白基因的保留，因为产卵鲨鱼部分依赖于蛋黄的营养供应，”Kuraku说。“最让我们惊讶的是，包括鲨鱼在内的软骨鱼有更多的蛋黄蛋白受体基因拷贝。这表明这些蛋白质可能在这个胎生谱系中提供新的功能。

为了阐明VTG及其受体在这些物种中的功能，作者比较了一条产卵鲨鱼(云鲶鲨)和两条胎生鲨鱼的逐组织转录组数据。褶边鲨鱼是一种胎生物种，不为发育中的胚胎提供母体营养，而一尘不染的光滑猎犬则有胎盘。在产卵的多云鲶鲨中，VTG主要在肝脏中表达，其受体主要在卵巢中表达。

相比之下，在两条胎生鲨鱼中，VTG不仅在肝脏中表达，而且在子宫中表达。有趣的是，VTG受体也在这些物种的子宫中表达。这表明VTG蛋白不仅可以作为蛋黄营养素，还可以被运送到子宫中，在那里它们可能在提供一些软骨鱼类的母体营养中发挥作用。

正如作者所指出的，这种有趣的可能性仍有待通过功能研究得到证实。他们还希望将这一分析扩展到与软骨鱼类各种繁殖模式相关的因素的全基因组调查。不幸的是，鉴于获取生物样本的挑战，这些物种的此类实验很困难。然而，Kuraku和他的合作者希望改变这种状况。

“这项研究是通过具有各种专业知识的个人之间的网络来实现的，他们认识到软骨鱼的生物潜力，”Kuraku说。“这也导致了 Squalomix 联盟的启动和发展，”这是一项于 2020 年启动的倡议，旨在推广专门针对鲨鱼和鳐鱼物种的基因组和分子方法。

该联盟旨在公开其资源，包括可能有助于实现分子功能测定的细胞培养技术，促进未来对这些难以捉摸和迷人的生物的繁殖模式的研究。

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