魚(yú)類攝食習(xí)性偏好機(jī)制及其適應(yīng)性代謝策略

魚(yú)類為了適應(yīng)復(fù)雜多變的生存環(huán)境，進(jìn)化出多樣化的攝食習(xí)性。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，魚(yú)類的食性依據(jù)攝食偏好逐漸分化為肉食性、草食性和雜食性等。有研究發(fā)現(xiàn)了嗅覺(jué)和味覺(jué)器官在魚(yú)類攝食偏好中的作用。而科學(xué)家對(duì)魚(yú)類攝食偏好及其相應(yīng)代謝策略的遺傳基礎(chǔ)和生理響應(yīng)等知之甚少。因此，探討魚(yú)類攝食偏好的遺傳基礎(chǔ)及其適應(yīng)性代謝策略，將為解析魚(yú)類攝食習(xí)性和代謝的進(jìn)化奠定基礎(chǔ)。

長(zhǎng)吻鮠是分布于長(zhǎng)江水系的高價(jià)值經(jīng)濟(jì)魚(yú)類。長(zhǎng)吻鮠的整個(gè)生活史階段均是典型的肉食性魚(yú)類，其代謝特征是蛋白需求高、糖利用能力低。草魚(yú)在仔魚(yú)階段是肉食性，而在幼魚(yú)階段逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴菔承浴Ｒ虼?，草魚(yú)是研究魚(yú)類從肉食性向草食性的食性轉(zhuǎn)變機(jī)制的理想模型。前期，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所魚(yú)類生理生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，草魚(yú)和長(zhǎng)吻鮠在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝中存在顯著差異。相較于肉食性長(zhǎng)吻鮠，草食性草魚(yú)在消化、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)等代謝過(guò)程中展現(xiàn)出更強(qiáng)的糖利用能力，如草魚(yú)淀粉酶活力是長(zhǎng)吻鮠淀粉酶活力的20~80倍。然而，魚(yú)類攝食偏好和代謝特征的關(guān)聯(lián)機(jī)制及其遺傳基礎(chǔ)尚不明確。

基于此，該團(tuán)隊(duì)采用第三代Nanopore測(cè)序技術(shù)結(jié)合Hi-C輔助組裝技術(shù)，完成了長(zhǎng)吻鮠的全基因組測(cè)序。該團(tuán)隊(duì)對(duì)長(zhǎng)吻鮠和草魚(yú)進(jìn)行比較基因組學(xué)分析后，通過(guò)正選擇和快速進(jìn)化的聯(lián)合分析鑒定出味覺(jué)受體1型成員3（tas1r3）、胰蛋白酶等250個(gè)基因。長(zhǎng)吻鮠的收縮、擴(kuò)張、正選擇和快速進(jìn)化基因分析結(jié)果表明，相對(duì)于草魚(yú)，肉食性長(zhǎng)吻鮠表現(xiàn)出顯著的攝食偏好和相應(yīng)的蛋白代謝特征，而草食性草魚(yú)則以糖代謝途徑為主。進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)，tas1r3基因在肉食性魚(yú)類對(duì)食物的選擇中起到關(guān)鍵作用。該研究分別在tas1r3基因缺失的斑馬魚(yú)、肉食性向草食性轉(zhuǎn)換的草魚(yú)模型中，證實(shí)了tas1r3基因?qū)θ馐承贼~(yú)類攝食偏好的必要性。在此基礎(chǔ)上，關(guān)于肉食性長(zhǎng)吻鮠和大口黑鱸、草食性草魚(yú)和團(tuán)頭魴分析結(jié)果表明，胰蛋白酶活性及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝特征譜的顯著變化伴隨著魚(yú)類攝食食性的改變，證實(shí)了魚(yú)類攝食選擇與相應(yīng)代謝策略的關(guān)聯(lián)。

該研究揭示了魚(yú)類攝食偏好與代謝策略之間的保守適應(yīng)性，為剖析魚(yú)類攝食習(xí)性和代謝的進(jìn)化提供了支撐，并為魚(yú)類食性轉(zhuǎn)換的營(yíng)養(yǎng)學(xué)與遺傳學(xué)操作奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以The Chinese longsnout catfish genome provides novel insights into the feeding preference and corresponding metabolic strategy of carnivores為題，發(fā)表在《基因組研究》（Genome Research）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。