鲤鱼胚胎如何利用假死在干旱中存活8个月

这种非洲绿松石基利鱼生活在津巴布韦和莫桑比克的短暂池塘中。为了在每年的旱季生存下来，鱼的胚胎进入极度停滞或“滞育”状态约8个月

现在，研究人员已经揭示了使溪鱼进化出这种极端生存状态的机制。他们在《细胞》杂志上报道称，尽管溪鱼在不到1800万年前进化出滞育，但它们是通过选择起源于4.73亿年前的古老基因来进化的。通过比较分析，该团队表明，类似的专门基因表达模式也被其他动物所采用；包括家鼠&mdash；滞育期间

斯坦福大学的资深作者兼分子生物学家Anne Brunet说：“整个程序就像白天和黑夜一样，有正常状态的生命，也有滞育状态的生命。而发生这种情况的方式是通过重组或重新连接一整套基因的调控区。”

非洲绿松石溪鱼的成熟速度比任何其他脊椎动物都快，即使在圈养条件下，成年鱼的寿命也只有6个月左右。这些鱼在水生家园消失之前迅速繁殖，但它们的胚胎仍留在干泥中，准备在明年下雨时孵化

胚胎滞育也发生在其他脊椎动物中，包括鱼类、爬行动物和一些哺乳动物，但溪鱼滞育非常极端，因为它持续的时间如此之长（平均8个月，在实验室中长达2年），而且溪鱼胚胎在发育过程中比其他动物进入假死期要晚得多

加州大学旧金山分校的第一作者Param Priya Singh说：“它大致处于发育中期，许多器官已经在这个阶段形成了，它们有一个发育中的大脑和一颗心脏，在滞育时停止跳动，然后重新开始。”

“基利菲鱼是我们所知的唯一一种在发育后期会经历滞育的脊椎动物。”

为了了解滞育的进化，该团队首先对非洲绿松石基利鱼（Nothobranchius furzeri）在不同发育阶段的基因表达进行了表征。他们专注于被称为“旁系同源物”的基因的复制拷贝，因为基因复制是新基因起源和特化的主要机制之一

总体而言，研究人员确定了6247对在滞育期间表现出特殊基因表达模式的旁系对数。令人惊讶的是，他们估计大多数滞育专用基因都是“非常古老”的旁系同源基因，起源于4.73亿年前

布鲁内特说：“尽管滞育进化相对较晚，但专门研究滞育的基因确实很古老。”。“我们发现，大多数专门用于幼鱼滞育的基因都是非常古老的旁系同源基因，这意味着它们在所有脊椎动物的共同祖先中都是重复的。”

由于滞育也发生在其他一些种类的幼鱼身上，研究人员比较了非洲绿松石幼鱼、南美幼鱼（Austrofundulus limnaeus）和两种不滞育的幼鱼，即红条纹纹纹腹鱼（Aphyosemion striatus）和七尾鱼（Aphiosemion austral）胚胎之间的基因表达

他们发现非洲绿松石和南美洲基隆鱼的基因表达模式有显著重叠，它们相互独立地进化出滞育，但在两个非滞育物种中没有。同样，研究人员发现，滞育期间家鼠胚胎的基因表达模式存在显著相关性，并表明小鼠滞育专用基因也有非常古老的起源

辛格说：“这表明，在远亲物种的滞育进化过程中，滞育的相同机制被反复选择。”

接下来，研究人员探索了这些滞育专用基因是如何在溪鱼中被调节的。他们确定了控制滞育期间基因表达模式改变的几个关键转录因子，包括REST和FOXO3，已知它们在哺乳动物冬眠（一种不同形式的假死）期间表达。值得注意的是，这些调控基因中有几个与脂质代谢有关，而脂质代谢在滞育期间具有独特的特征

布鲁内特说：“滞育的关键因素之一是这种特殊的脂质代谢。”。“在滞育期间，它们似乎具有更高水平的甘油三酯和超长链脂肪酸，这是一种储存形式，也可能有助于对生物体膜的长期保护。”

研究人员计划继续研究不同物种如何调节滞育，并深入研究滞育和其他类型的假死过程中脂质代谢的作用

“这是一个如此复杂的状态，我认为我们只是触及了表面，”辛格说。“我们想更深入地了解滞育期间脂质代谢如何调节的具体方面，我们还对研究滞育期间特定细胞类型的作用感兴趣。”