鲨鱼育婴室内：软骨鱼类活产的进化 _鲨鱼

皱褶鲨鱼的一个发育中的胚胎，具有独特的生活方式，被认为有不少于三年的漫长怀孕期。Credit: Frilled Shark Research Project
据美国物理学家组织网（by Society for Molecular Biology and Evolution）：《基因组生物学和进化》杂志上的一项新研究揭示，蛋黄蛋白质可能被用来为活着的鲨鱼及其亲属提供母体营养。
虽然大多数人都将生育幼仔与哺乳动物联系在一起，但这种生殖模式——也称为胎生——在脊椎动物中已经进化了150多次，包括爬行动物中的100多次独立起源，硬骨鱼中的13次，软骨鱼中的9次，两栖动物中的8次，以及哺乳动物中的一次。因此，要理解这种生殖方式的进化，需要研究多种血统的胎生。
在软骨鱼类中——包括鲨鱼、鳐鱼和鳐鱼——高达70%的物种产下活着的幼仔；然而，这些动物的胎生仍然知之甚少，因为它们难以捉摸，繁殖力低，基因组大且重复。
在最近发表在《基因组生物学和进化》上的一篇文章中，由Shigehiro Kuraku领导的一个研究小组着手解决这一差距，shige Hiro Kuraku是日本RIKEN生物系统动力学研究中心系统信息学实验室的前团队负责人。他们的研究发现，在哺乳动物转变为胎生后，蛋黄蛋白丢失了，但在胎生的鲨鱼和鳐鱼中保留了下来。他们的结果表明，这些蛋白质可能进化出一种新的作用，为软骨鱼类的发育胚胎提供营养。
根据Kuraku的说法，他现在是三岛国家遗传学研究所分子生活史实验室的教授，研究人员长期以来一直想更多地了解鲨鱼及其亲属的胎生进化。“繁殖是软骨鱼最迷人的特征之一，因为它们表现出多种多样的繁殖方式。”
在胎生物种中，这包括为发育中的胚胎提供营养的一系列机制，从仅依赖胚胎卵黄囊中存在的营养，到喂养胚胎未受精卵，从子宫分泌营养(“子宫乳”) ，或通过胎盘转移营养。
为了更好地理解这些不同的机制，作者从12种软骨鱼的基因组和转录组数据中寻找卵黄蛋白原(VTG)的同系物，卵黄蛋白原是一种在产卵物种的雌性肝脏中合成的主要卵黄蛋白。不管它们的繁殖模式如何，所有软骨鱼类都至少有两个VTG的副本，而所有VTG的副本都已从哺乳动物中丢失(尽管作者确实在袋獾中发现了一个副本，袋獾是一种有袋动物，此前并不知道它含有VTG基因) 。
接下来，作者寻找VTG受体的同源物；虽然哺乳动物保留了这种受体的一个副本，Kuraku和他的同事们发现了两个古老的串联重复，在软骨鱼中产生了这种受体的三个副本。作者指出，这一发现出乎意料。
“我们预测了蛋黄蛋白基因在鲨鱼基因组中的保留，因为活的鲨鱼部分依赖于蛋黄的营养供应，”Kuraku说。“最让我们惊讶的是，软骨鱼包括鲨鱼有更多的蛋黄蛋白受体基因副本。”这表明这些蛋白质可能在这个胎生谱系中提供了一种新的功能。
为了阐明VTG及其受体在这些物种中的功能，作者比较了一只产卵鲨鱼(多云猫鲨)和两只胎生鲨鱼的组织间转录组数据。皱褶鲨鱼是一种胎生物种，不为发育中的胚胎提供母体营养，而无斑点的光滑猎犬有胎盘。在产卵混浊的猫鲨中， VTG主要在肝脏中表达，其受体主要在卵巢中表达。
相比之下，在两条胎生鲨鱼中，VTG不仅在肝脏中表达，而且在子宫中也表达。有趣的是， VTG受体也在这些物种的子宫中表达。这表明， VTG蛋白不仅可以作为卵黄营养物，还可以被运输到子宫，在子宫中，它们可以在一些软骨鱼类中提供母体营养方面发挥作用。
正如作者所指出的，这种有趣的可能性还有待于通过功能研究来证实。他们还希望将这种分析扩展到软骨鱼各种繁殖模式相关因素的全基因组调查。不幸的是，鉴于获取生物样本的挑战，在这些物种中进行这样的实验是困难的。然而， Kuraku和他的合作者希望改变这种情况。
Kuraku说:“这项研究是由认识到软骨鱼生物潜力的具有各种专业知识的个人组成的网络促成的。” 。“它还导致了Squalomix consortium的启动和发展，”该计划于2020年启动，旨在促进专门针对鲨鱼和鳐鱼物种的基因组和分子方法。
该联盟旨在公开其资源，包括一种可能有助于实现分子功能分析的细胞培养技术，促进未来对这些难以捉摸和迷人的生物的生殖模式的研究。