是雄性却能怀孕，吃肉却不长牙齿，这些极其另类的生物学特征，使得海龙科鱼类的演化机制成为一个超出科学圈的有趣话题。海龙科鱼类，包括海马和海龙，具有丰富多样的形态特征和独特的雄性育儿行为，一直是海洋生物进化和物种保护研究的热门对象。在该类群中，草海龙体型最为独特，其体表生长的大量“附叶”可似海草般随水流摇曳，从而完美的隐匿于海草床中，是海洋鱼类中的“拟态”达人。近期，国际顶级期刊《科学进展》（Science Advances）以封面论文形式报道了中国科学院南海海洋研究所牵头完成的最新科研成果（图1），揭示了关于草海龙附叶形成与牙齿丢失的演化机制，并首次阐明了海龙科鱼类性别决定基因的产生和演化历程。
图1. 《科学进展》（Science Advances）以封面论文形式报道了草海龙最新研究成果。
物种特异性状的发生，是对生存环境适应性进化的重要响应。草海龙身体表明的“附叶”正是为适应海草床而演化出的新器官。研究发现，“附叶”表达基因主要从皮肤和鳍等器官募集而来，表明相关基因对新器官产生和维持的重要作用。另外，“附叶”还拥有大量免疫反应和组织修复的相关基因，暗示附叶不仅是“拟态”工具，同时具有重要的免疫和再生作用，帮助草海龙应对捕食者或病原微生物侵扰，可能对草海龙成功适应海草床生态系统有着重要意义（图2）。
图2. 草海龙附叶形态及关键基因表达特征。（A）草海龙附叶结构示意图及横截面组织学结构，（B）基因募集分析。
海龙科鱼类主要以小型甲壳类为食，是名副其实的“肉食动物”。然而，它们却没有牙齿用以捕猎，主要依靠细长的管状吻吸食猎物。研究表明，脊椎动物普遍存在的scpp5在海龙科鱼类中出现了假基因化。通过基因编辑技术敲除scpp5基因后，斑马鱼的牙齿减少且出现严重畸形，证实了该基因的功能缺失是海龙科鱼类牙齿丢失的关键因素。
此外，在草海龙祖先的进化过程中amhr2基因偶然发生复制，并承担起雄性性别决定的功能，成为了草海龙雄性特异性性别决定基因amhr2y。有趣的是，amhr2y在草海龙的近缘种绿海龙中还存在基因融合事件，但在其他海龙科物种中均未发现该基因，说明了海龙科鱼类性染色体和性别决定基因的多样性和进化过程的复杂性。另外，作为草海龙雄性的身份标记，amhr2y基因可应用于鉴定和区分幼鱼性别，有助于草海龙种质资源保护。本文通讯作者林强研究员说道，以上科研成果将为认识海洋鱼类的环境适应性进化机制提供新的视角。
林强研究团队长期致力于海洋鱼类适应性进化机制研究，前期关于海马和海龙的相关一系列研究成果已在Nature、NSR、Nature Communications等国际高水平期刊发表。
相关论文信息：Seadragon genome analysis provides insights into its phenotype and sex-determination locus. Science Advances, 18 Aug. 2021, DOI: 10.1126/sciadv.abg5196. (https://advances.sciencemag.org/content/7/34/eabg5196)
文、图/曲朦
编辑/孙琳
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