因为两只眼睛长在身体同一侧，比目鱼成了鱼类中的“另类”。其实，比目鱼幼体的眼睛跟其它鱼类一样，都在身体两侧，只是在发育过程中其中一侧的眼睛慢慢“跑偏”，成为怪鱼。比目鱼的眼睛是怎样凑到一起的呢？近日，记者从黄海水产研究所获悉，该所研究员陈松林领导的研究组与上海海洋大学等科研单位合作，破译了褐牙鲆（比目鱼的一种）全基因组序列，首次通过基因组解析，揭示了比目鱼眼睛移动及体色不对称等科学问题。
攻关 六年绘制基因图谱
陈松林告诉记者，褐牙鲆基因组绘制共花费6年时间。主要难点在基因组组装和生物学问题发掘等。为了攻克基因组组装难题，研究人员采用纯合度更高的雌核发育牙鲆鱼进行基因组测序，从而获得了较好的组装结果。在生物学问题方面，因为牙鲆是比目鱼类，在生长发育过程中具有变态的习性，从卵膜中刚孵化出来的比目鱼幼体，完全不像父母，而且跟普通鱼类的样子很相似。眼睛长在头部两侧，每侧各一个，对称摆放。牙鲆仔鱼营浮游生活，漂浮在水层中。而在出生后1个月内，褐牙鲆生活习性逐步发生变化，从浮游生活变为底栖生活，一侧的眼睛也开始“搬家”，它通过头的上缘逐渐移动到对面的一边，直到跟另一只眼睛接近时才停止移动。此外，有眼侧和无眼侧的体色也发生了明显的变化，变为不对称。眼睛位于同侧和体色的不对称是褐牙鲆等比目鱼的变态发育现象，在牙鲆基因“密码”解开前，无人能破解其中奥秘。
褐牙鲆形成这种不对称的分子机制是什么？这就是我们通过牙鲆全基因组测序所要回答的科学问题。 ”陈松林说。因此，在牙鲆全基因组测序和组装完成后，陈松林研究员和邵长伟副研究员就联合上海海洋大学的鲍宝龙教授对鲆鲽鱼类身体、眼睛和体色等不对称形成的分子机制进行了研究分析，进行了大量的实验验证，发现了一些变态发育相关的基因在有眼侧和无眼侧的表达存在明显差异，初步揭示了比目鱼不对称的分子机制。
揭秘 比目鱼变态发育机制
通过与半滑舌鳎全基因组比较发现，尽管褐牙鲆和半滑舌鳎在七千万年前就已经开始分化，但是两者的基因组存在高达85%的相似性，且有高达15534个同源基因。利用褐牙鲆和半滑舌鳎变态发育不同时期的转录组测序，筛选到2307个差异表达的直系同源基因，其中包括21个甲状腺激素信号通路基因及9个视黄酸信号通路基因。通过甲状腺激素合成抑制剂抑制实验以及视黄酸注射实验表明，视黄酸通过干扰甲状腺激素对视黄酸受体/甲状腺激素受体形成的异二聚体作用而抑制眼睛移动，揭示了褐牙鲆眼睛的移动受到甲状腺激素和视黄酸信号通路的拮抗调控。
同时，科研人员利用液相色谱和串联质谱法检测显示褐牙鲆两侧皮肤视黄酸浓度存在显著差异，并且视黄酸注射可以显著增加皮肤中色素细胞的数量，表明视黄酸在比目鱼体色不对称发育中也起到重要调控作用。尤为有意思的是光传导通路上的视蛋白在比目鱼皮肤上也有表达。在不同波长光照射下，随着比目鱼在变态过程中身体逐渐发生扭转，有眼侧皮肤的蓝光视蛋白可以接受更多的光照，导致体表视黄酸的合成，诱导成体型色素细胞分化。而无眼侧皮肤由于光照较少，导致该体侧不能形成大量黑色素细胞，从而首次揭示了比目鱼体色左右不对称的形成机制，这对于理解其它底层鱼类和上层鱼类背腹面体色深浅也有重要帮助。
成果培育牙鲆抗病高产良种
牙鲆是世界性的重要海水养殖鱼类，也是我国海水鱼类养殖的主导品种之一，其年产值达20多亿元人民币。陈松林介绍，由于缺乏全基因组序列，限制了牙鲆生长、发育、抗病、变态等性状相关功能基因的发掘和重要经济性状的遗传解析，也影响了牙鲆全基因组选择育种技术的建立，影响了牙鲆抗病高产良种的培育。通过破译牙鲆全基因组序列，能够发掘大量基因资源，特别是鉴定一些与牙鲆生长、发育、性别和抗病免疫相关的功能基因。同时，牙鲆全基因组序列也能为研究人员进行牙鲆不同地理群体和不同家系的重测序提供参考基因组序列，能促进牙鲆全基因组选择育种的研究进程，加快牙鲆抗病高产良种的培育步伐。例如，近几年黄海水产研究所研究人员借助牙鲆全基因组序列建立了牙鲆全基因组选择育种技术，采用此技术培育出牙鲆抗病快速生长优良品种“鲆优2号”，2016年已申报牙鲆新品种，推动了牙鲆抗病高产良种培育进程和种业发展。
另外，比目鱼变态异常和白化是养殖过程中常见的现象，导致比目鱼经济价值降低，产量下降，给比目鱼养殖产业带来了较大影响。通过对比目鱼变态机制进行解析，可以为解决比目鱼变态异常和白化现象提供新思路，比如在其变态的关键时期给于合适光照等科学路径。
新闻延伸
水产养殖的基因组研究时代
近年来，我国科学家在鱼类等水产物种的基因组研究中走在世界前列，随着各项科研成果的公布，我国水产养殖逐渐步入基因组研究时代。2010年，中国科学院海洋研究所专家联合深圳华大基因绘制成牡蛎全基因组序列图谱，当时已达到国际领先的基因组图谱标准。这是世界上首张养殖贝类的全基因组序列图谱，标志着基于短序列的高杂合度基因组拼接和组装技术获得重大突破。2014年，国内首个鱼类全基因组精细图谱、也是国际首个比目鱼基因组—半滑舌鳎全基因组序列图谱完成，该研究由黄海水产研究所陈松林研究员主导，联合深圳华大基因、德国维尔茨堡大学、法国农业科学研究院和新加坡国立大学等单位共同完成，为揭示半滑舌鳎性染色体起源、性别决定机制和比目鱼底栖适应机制提供了宝贵的基因资源，同时助力半滑舌鳎性别控制和遗传改良，为分子育种技术建立和良种培育奠定了重要基础。在此基础上建立的半滑舌鳎高生理雌性苗种制种技术，将半滑舌鳎养殖苗种的生理雌鱼比例提高了20%以上，从而将养殖产量提高20%左右，为半滑舌鳎养殖产业提供了有效的技术支撑。
青岛晚报／掌上青岛／青网 记者 王伟
