Cell发文！揭示陆生脊椎动物遗传创新基础与进化机理

科技日报记者 史俊斌 通讯员 令狐马 赵勇

北京时间2021年2月5日凌晨，国际著名学术刊物《细胞》分别以《非洲肺鱼基因组为揭示脊椎动物从水生到陆生进化机制提供新启示》和《在原始辐鳍鱼中追溯脊椎动物登陆的遗传印迹》为题，在线发表了西安著名高校——西北工业大学生态环境学院联合国内外合作者完成最新科研成果，深刻揭示陆生脊椎动物（四足动物）遗传创新基础与起源进化机理。该研究成果对动物适应进化机制及其仿生应用研究，乃至探究人类相关器官的发育以及疾病的机理方面均有重要意义。

这两项成果分别对非洲肺鱼，以及对原始辐鳍鱼类中的多鳍鱼、匙吻鲟、弓鳍鱼和鳄雀鳝的基因组进行解析，然后通过基因组学、进化生物学、鱼类学、古生物学、计算生物学和分子生物学等多学科交叉的比较分析，分别从不同角度揭示了四足动物祖先水生到陆生转变的遗传创新基础，为揭示脊椎动物从水生到陆生遗传创新基础提供了全新的认知，是陆生脊椎动物（四足动物）起源进化研究的新里程碑，鉴定到的各种遗传变异为未来肺、四肢、脑、心等器官组织的起源和功能研究提供了大量新线索。

肺鱼和四足动物属于肉鳍鱼类，肉鳍鱼类和辐鳍鱼类（常见的各种鱼）一起被统称为硬骨鱼类。从硬骨鱼祖先到肉鳍鱼祖先再到四足动物，各种进化改变的遗传创新基础是什么，一直是科学界悬而未决的重大科学问题。解析肺鱼和原始辐鳍鱼类这些“活化石”鱼类的基因组是解决这一重大问题的关键。

包括人类在内的陆生脊椎动物（也称四足动物）的祖先是由鱼类在四亿年前从海洋走向陆地进化而来的。这一过程需要在呼吸系统、运动系统、神经系统等方面进行各种生理和形态的革新，才能实现水生到陆生的转变。经过长期的古生物学和脊椎动物学的研究，已知现在还在活着的四足动物的鱼类近亲是肺鱼。

生物的遗传信息存储于DNA之中，一个物种DNA的总和被称为该物种的基因组。人类的基因组约为3Gb，而肺鱼的基因组大小是人类的十多倍以上，达到40多Gb。通过对这一超大基因组的解析，科研人员明晰了脊椎动物从水生到陆生的演化经历了三步重要的遗传创新过程，掌握了四足动物祖先在更早期的演化历史。进一步发现了参与这些功能形成的一批基因和基因调控元件，以及大脑、心脏等多个器官适应陆地生活的遗传变异基础。

编辑：刘义阳