笛鲷属鱼类视蛋白LWS基因适应性进化机制探讨

鱼类视觉识别与体色多样性和物种形成有着密切的联系。笛鲷属（Lutjanus）鱼类广泛分布于热带和亚热带的岩礁海区，多为重要的经济鱼类。项目组已有的分子种系发生树与形态学数据比较表明体色相近的物种亲缘关系较近，最近分化的姐妹物种间往往存在条带颜色的差异。结果提示笛鲷属成种可能服从视觉驱动假设，即视觉及其信号系统对于分布区域的不同光环境的适应导致了群体间的生殖隔离，并进一步引发了体色多样性和成种。视蛋白基因中长波长敏感性视蛋白基因（LWS）分化程度最高，受选择（自然选择和性选择等）压力大，与环境变化相关性明显。本项目试图通过笛鲷属鱼类种间LWS进化和表达分析揭示视蛋白基因进化与笛鲷属适应性进化的关系，通过比较同种个体不同时期（幼体与成体）视蛋白基因的表达谱和吸收波长变化确定个体发育过程中的环境适应机制，从而检验视觉驱动成种假设，揭示视觉系统与物种形成之间的联系。

笛鲷属（Lutjanus）鱼类隶属于鲈形目（Perciformes），广泛分布于热带和亚热带，是我国南海海区捕捞和养殖的重要对象。本研究以视蛋白基因为研究对象，从分子系统进化、基因序列分析及功能基因的表达分析入手。首先，利用RNA-Seq高通量测序技术测定了红鳍笛鲷转录组 (Lutjanus erythopterus, GenBank Accession No.: SRX334059) ，筛选到 177个视网膜生理功能关键基因，挖掘获得了笛鲷属的四种视觉视蛋白基因(RH1, SWS2a, RH2-3, and LWS1)和与鱼类生理节律形成相关的非视觉视蛋白基因，并识别出了多个导致种间最大吸收峰迁移的关键氨基酸位点。进一步设计通用引物，获得了近缘物种的DNA和cDNA序列加以比较分析揭示出笛鲷属内种间视蛋白存在明显的水环境适应性进化。另外，采用Real-time PCR技术追踪各视蛋白基因的时空差异表达，及发现了视蛋白基因的视网膜高表达的普遍特征，也发现了RH1高表达，胚孔闭合前高表达等条件依赖性和种属特异性特征。本研究的开展深化了我们对海洋岩礁鱼类的视觉系统进化与发育的认识，有助于揭示海洋岩礁鱼类成种机制，了解鱼类与海洋生态环境的关系，并有望应用于鱼类养殖生产。