华大等发布史上最全鱼类基因组图谱，追溯脊椎动物2.5亿年演化史

一条普通的鲶鱼和一条会放电的电鳗居然是“近亲”？在6600万年前那场终结了恐龙时代的灾难中，海洋里的鱼类经历了什么？是什么样的遗传密码，让鱼类在地球数次气候剧变中顽强生存，并演化出令人眼花缭乱的多样性？

这些看似遥远的问题，答案就隐藏在它们的基因深处。近日，由中国科学院水生生物研究所、华大生命科学研究院、西北工业大学等参与发起，商务部青岛自贸片区千种海洋生物测序项目支持的万种鱼类基因组计划（Fish10K）的最新研究成果在国际学术期刊《创新》（The Innovation，IF=25.7）上在线发表。

Fish10K成果在线发表和项目Logo

研究团队通过从头测序并整合464种真骨鱼全基因组，构建了迄今为止覆盖最全面的鱼类基因组图谱，以前所未有的精度，重绘了真骨鱼类长达2.5亿年的宏观演化版图。

文章图形摘要

构建全球最大规模的

鱼类基因组比较资源

在 Fish10K项目一期中，团队成功完成了110个新物种的高质量基因组组装，并通过整合现有基因组，构建了一个包含464个物种的全基因组比对矩阵，覆盖了所有现存真骨鱼目级分类。这不仅是继哺乳类和鸟类之后，脊椎动物中第三个大规模全基因组比对数据集，也是迄今最大、最系统的鱼类基因组数据集，为探索鱼类演化提供了坚实的基石。

最大规模的鱼类全基因组比对资源

挑战鱼类传统系统发育树：

重塑鲇鱼与电鳗的“家族关系”

庞大的基因组数据为重绘鱼类“生命之树”提供了强大武器。研究团队利用高达3.18 MB直系同源序列（远超以往研究），重构了覆盖所有真骨鱼类目级分类水平的系统发育树。

本研究中使用的核苷酸数据规模与先前的硬骨鱼系统发育分析相比较

研究结果挑战了长期以来被广泛接受的“鲇-裸背电鳗类单系假说”。新的“家谱”显示，电鳗目为脂鲤目与鲇形目组成类群的姊妹群。研究结果也为重新理解骨鳔鱼类电感受器的起源提供了全新视角，并引出关于电器官起源的两个不同假设：1）发电器官在电鲇和电鳗中独立演化了两次；2）发电器官在脂鲤目中发生了丢失。这一发现不仅改写了鱼类系统学的经典框架，也为后续研究神经感知与电信号进化提供了新的方向。

利用全基因组比对数据重建了覆盖所有目水平谱系的真骨鱼系统发育关系

揭秘多样性密码：

大灭绝与气候变化如何影响鱼类演化

通过结合全基因组、化石记录与分子钟分析，研究将真骨鱼的起源追溯至约2.53亿年前，早于二叠纪-三叠纪灭绝事件。分析揭示，鱼类在漫长历史中经历了三次主要的多样化阶段：（1）早期快速辐射期（起源至约1.7亿年前）；（2）多样化减缓期（约1.7亿至6,600万年前）；（3）白垩纪–古近纪灭绝后短暂复苏期，随后趋于稳定。

结果显示，真骨鱼多样化速率的波动与两次大灭绝事件密切相关，而非持续增长。化石数据进一步表明，全球变暖时期真骨鱼的分化速率显著下降，提示气候变化对鱼类辐射动态的影响。这一结果挑战了传统“白垩纪后持续加速辐射”模型，揭示了地球环境与鱼类多样化之间的深层耦合关系，为我们理解当前全球变暖背景下的生物多样性危机提供了重要启示。

真骨鱼系统发育的分布以及多样化、地质事件和大灭绝之间的关系

真骨鱼类DNA转座子：

鱼类独特的遗传密码

研究发现，不同水域环境的真骨鱼基因组成分存在明显差异：淡水鱼类的转座子总量及DNA转座子比例显著高于海水鱼。该特征表明真骨鱼的基因组在不同渗透环境下出现了结构性分化。这些活跃的遗传元件可能为真骨鱼适应复杂多变的环境提供了丰富的变异素材。

令人意外的是，与人类等其他脊椎动物基因组普遍由LINE反转座子主导不同，真骨鱼的基因组以DNA转座子为主导元素。这一独特的“遗传指纹”表明，真骨鱼在演化道路上形成了一套独树一帜的基因组调控模式，其背后的机制值得深入探索。

真骨鱼基因组的转座子分布特征

从基因调控到器官演化：

发现驱动真骨鱼适应的“幕后推手”

除了基因本身，调控基因表达的“开关”同样至关重要。研究团队首次在真骨鱼中鉴定出近3万个高保守元件，其中1,689个为真骨鱼所特有的。这些元件与脑、鳍、心脏和鳃等关键器官发育相关，提示它们在真骨鱼形态创新中发挥了调控作用。

真骨鱼基因组高保守元件识别

通过实验验证，团队证实其中一个位于鱼鳔发育关键基因附近的特有元件，确实能显著增强基因转录活性。这表明，真骨鱼独特的形态创新（如鱼鳔的出现），不仅依赖于新基因的产生，也得益于这些新型“基因开关”的演化。这一发现为我们理解生物形态多样性的起源打开了一扇新的窗户。

真骨鱼特异高保守元件功能验证

本研究通过万种鱼类基因组计划建立了目前全球最大规模的鱼类基因组比较资源，系统解析了真骨鱼基因组结构特征、转座子动态、保守与创新元件、系统发育关系及演化速率。研究不仅挑战了传统的系统分类假说，也揭示了基因组复制与转座子活动在推动鱼类适应性演化中的核心作用，为深入理解脊椎动物基因组演化规律、性状起源与生态适应机制奠定了坚实的数据基础。

万种鱼基因组计划正在建立一个覆盖全球鱼类多样性的系统性基因组数据库。这一资源不仅为鱼类生物学、生态学、进化学提供关键支撑，也将推动水产育种、生态监测、环境适应基因研究等领域的发展。

中国科学院水生生物研究所何舜平研究员，华大生命科学研究院范广益研究员，西北工业大学生态环境学院王堃教授，基因组多维解析技术全国重点实验室徐讯研究员等为论文共同通讯作者。青岛华大基因研究院宋跃博士、袁增宝博士、张蘇予博士、刘姗姗研究员，中国科学院水生生物研究所杨连东研究员、方成池副研究员，西北工业大学胡明亮博士，中国科学院深海科学与工程研究所Inge Seim研究员等为论文共同第一作者。

该成果获得了国家自然科学基金委项目、青岛自贸区管委会千种海洋生物基因组测序项目、山东省重点研发计划以及江苏省技术厅等的支持。

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