文献解读——比较基因组学揭示鲸类深海潜水的分子适应机制

文献解读——比较基因组学揭示鲸类深海潜水的分子适应机制

文章题目：Comparative Genomics Uncovers Molecular Adaptations for Cetacean Deep-Sea Diving

                 比较基因组学揭示鲸类深海潜水的分子适应机制

文章出处：Mol Ecol. Published online February 3, 2025；中国科学院深海科学与工程研究所

仪器使用情况：Maworde厌氧工作站

研究背景

鲸类在潜水能力上展现出显著多样性，这意味着它们进化出了一系列适应策略以应对深海环境中的危险（如静水压力和氧化应激），但针对极端潜水能力进化机制的研究较少。深海潜水过程中，鲸类会经历长时间缺氧环境，这对其氧气储存、代谢调节及氧化应激应对能力提出了极高要求，而这些适应机制的分子基础尚未被充分揭示。

研究目的

本研究旨在探究鲸类潜水能力与形态及生理因素的关联，并从分子层面解析深海潜水适应性特征的进化机制，重点关注极端潜水（深于 1000 米、时长约 1 小时及以上）鲸类在缺氧等环境压力下的适应性分子变化。

主要发现

1、潜水能力与氧气相关的球蛋白存在正相关，超深潜鲸类的肌红蛋白（MB）受到正选择，且存在已知的功能性氨基酸变异，这有助于增强氧气储存能力以适应缺氧。

2、鲸脂厚度与潜水能力正相关，其可能通过提供热绝缘和抵抗静水压力发挥作用；超深潜鲸类的基因变化可能导致外层鲸脂中性脂质（甘油三酯、蜡酯）、脂肪酸及胆固醇组成的差异，进一步适应深海环境。

3、功能实验显示，ATP8B1的氨基酸替换可能减轻超深潜鲸类的肺损伤，增强对深海环境的耐受性。

4、超深潜鲸类的XDH存在两个独特氨基酸变异，在缺氧条件下（此时其产生活性氧的 XO 同工型占优势），尿酸生成能力下降，这可能减少氧化应激导致的细胞损伤及尿酸积累，适应长时间潜水时的缺氧环境。

应用前景

本研究深入揭示了鲸类深海潜水能力的进化机制，尤其是在缺氧适应、氧气储存、氧化应激调控等方面的分子基础。这些发现不仅为理解哺乳动物对极端环境的适应性进化提供了新视角，还可能为人类相关领域（如潜水医学中减压病的预防、缺氧相关疾病的治疗）提供借鉴，例如基于鲸类肌红蛋白的氧气储存机制优化缺氧耐受策略，或利用XDH变异的氧化应激调控原理开发抗氧化损伤药物。

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