项目简介

本成果聚焦于低温环境鱼类适应和进化机制的研究，通过多组学系统性的比较研究，发现鱼类适应性进化的机制和重要的基因。长期以来，本团队主要以南极 Notothenioidei 亚目（即南极亚目）和模式斑马鱼为材料，针对南极鱼类为什么能在长期的低温中生存，并快速分化形成在冰冻环境下最优势的鱼类种群这个科学问题开展研究，从新基因起源到基因组进化的层面解析了驱动南极亚目物种适应性辐射（adaptive radiation）的遗传基础；系统地发现和鉴定了鱼类适应低温的重要基因和参与的发育过程，并把这些基因和信号通路与斑马鱼的低温响应通路进行比较研究；揭示了鱼类适应低温的基本信号通路，阐明了10多个基因的抗寒功能；我们利用所获得基因开展这些基因在培育抗逆品种上的有效性研究，从而为培育抗寒品种提供基因和理论的支持。

创新性成果和应用价值为以下几个方面：

（1）本成果完成了极地绵鳚科鱼类III型抗冻蛋白基因起源的研究，提出了'避免适应性冲突'是该抗冻蛋白形成的机制，丰富了新基因起源的理论；

（2）首次通过比较基因组学解析了南极亚目鱼类适应性辐射的遗传基础，发现和鉴定了118个基因的大规模扩增和少数基因家族的缩减是南极亚目鱼类适应长期冰冻环境的主要进化机制；

（3）首次发现南极鱼卵壳蛋白家族具有促进冰晶融化的功能，通过蛋白表面的酸性氨基酸改变冰-水界面的电荷性质从而促进冰晶的融化；

（4）通过全基因组测序，跨物种多组织的基因组比较，首次发现抗过氧化和维持蛋白质稳态是冰冻海域的南极物种适应低温的两个最普遍的生物学过程。

（5）鉴定了斑马鱼和罗非鱼响应低温的信号网络，发现JUN、Dusp1等在确定鱼类低温响应和最低耐受温度的设定上具有重要的功能。

（6）首次从个体发育的角度阐明了多条信号通路在南极鱼类适应极端环境的重要作用，揭示南极冰鱼通过改变TGF-beta信号通路抑制血红蛋白发生以保存能量和降低血液粘稠度的机制；解析了一些南极鱼类通过抑制软骨钙化和提高肌间脂肪的产生和积累以实现中性浮力以降低水层中游泳所耗能量的分子进化过程；这些通路的发现为深入研究低温适应的分子发育机制奠定了基础；

（7）本成果通过构建高效的抗寒基因筛选体系，已经从南极鱼中获得有效的抗寒基因5个（LD4，Calmodulin，dmZPC5，ATP6，dmSOD），申请专利4项。有的基因在转入植物（小麦，烟草）和鱼（石斑鱼，斑马鱼）中后可以显著提升它们的耐寒能力。

本成果集中体现在高质量的文章发表上，包括在PNAS， Nature Communication， Molecular Biology and Evolution、Nucleaic Acids Research， Molecular Ecology、GigaScience等学术刊物上，授权专利4项，获得海洋科学技术一等奖1项。