别着急——这是琵琶鱼的基因组

海龙类的鱼类，包括海马、海龙和河豚，以其独特的体型和雄性的孵卵行为而闻名。这里，基因组生物学的Dominique Morneau讨论了这些特殊性状的基因组基础。

一般来说，鱼的解剖结构与脊椎动物的基本身体构造相同，但在许多独特的特征上，如头部和下巴的形状、鳃和鳞片等外部器官的特征、鳍和骨骼的组成部分等，都有很大的差异。

鱼的解剖结构是由水的物理特征形成的，但也有一些鱼通过不同的基因变化进化出了独特的身体结构和特征。最近，两个研究小组已经着手解开一个有着不同寻常形态的鱼类家族的基因组秘密。

包括海马、海龙和琵琶鱼在内的海龙家族，以其独特的身体构造而闻名——长长的鼻子和融合的下颚用于“吸管”吸吮进食，覆盖着它们细长身体的厚骨板，缺失的腹鳍，以及雄性用来孵卵的胎盘状结构。这些特征使得联齿类动物对研究进化新颖性特别重要，但这需要从这些物种中挑选出一个完整的基因组。

《基因组生物学》杂志上发表了一篇关于墨西哥湾河豚(Syngnathus scovelli)基因组的参考质量汇编，与最近发表在《自然》(Nature)杂志上的虎尾海马(tiger tail seahorse)的基因组汇编一起发表。

做一个合成肽

这两个合成肽表明，特定基因或基因功能的缺失是进化创新的原因。例如，管道鱼和海马都失去了tbx和pitx基因家族，这两个基因家族占据了脊椎动物后肢发育调控级联的顶端。事实上，当通过CRISPR/Cas9编辑从斑马鱼中移除tbx4基因时，这些动物没有长出腹鳍，但它们的形态没有其他变化。

琵琶鱼的基因组也显示了负责头部骨骼和肢体发育的基因家族的基因损失和独特的排列，以及身体轴的模式。

例如，在硬骨鱼进化早期发生的全基因组复制事件之后，海湾河豚经历了hox基因簇的差异丢失。在胚胎发育过程中，这些hox基因沿着头尾轴调节身体的计划。pipefish中hox基因的一些损失与其他相关鱼类共享，尽管这些损失似乎是独立发生的。

其他重要的头肢模式决定基因，如dlx家族，完全缺乏高度保守的非编码元件。这些元素中的一些在以前被发现在这些家族的特定亚群的基因表达中起作用。这种现象也出现在海马的基因组中。

揭开雄性怀孕的秘密

另一个独特而迷人的进化创新是雄性怀孕。雄性在一个叫做育儿袋的特殊器官中孕育发育胚胎。怀孕的标志是广泛的细胞和发育变化的育儿袋。

在海湾河豚鱼中，超过1000个基因由于怀孕而在这个组织中有不同的表达。这些基因控制着发育过程、脂质运输、体内平衡和免疫系统。事实上，由于河豚失去了一类重要的免疫基因，研究人员发现了与先天免疫相关的基因具有很强的妊娠特异性。

在管鱼和海马中，帕他星基因在妊娠期都有高表达。这些基因通过溶解受精卵周围的绒毛膜来促进受精卵孵化。这些基因表达的增加是基因家族扩张的结果，可能在男性妊娠的进化中起着关键作用。

使用基因组

海湾管家鱼和虎尾海马的基因组为这个鱼类家族的进化创新提供了宝贵的遗传基础信息。

这种鱼类正作为副渔获物被大量捕杀，它们的魅力使它们成为水族馆展览和传统医学的牺牲品，因此，基因组信息也将有助于为保护工作提供信息，并维持全球种群的遗传多样性。