揭開軟骨魚活產的神秘面紗

　　胎生，或生下活的幼仔的能力通常與哺乳動物有關。然而，這種繁殖方式在各種脊椎動物中已經進化了多次，有150多次單獨出現。這包括爬行動物中的100多例，骨魚中的13例，軟骨魚中的9例，兩棲動物中的8例，以及哺乳動物中的1例。

　　皺腮鯊具有獨特的活體繁殖模式，并被認為表現出不少于三年的漫長孕育時間。

　　因此，為了理解胎生性的進化，有必要在不同的進化譜系中研究這一特征。就軟骨魚類而言，包括鯊魚、鰩魚和鰩魚等物種，這些物種中多達70%的魚會產下活體幼魚。盡管如此，由于這些動物難以捉摸的性質、低繁殖力以及龐大和重復的基因組，人們對它們的活體性仍然了解不足。

　　在最近發表在《基因組生物學與進化》上的一篇文章中，由日本理化學研究所生物系統動力學研究中心植物信息學實驗室組長Shigehiro Kuraku領導的一個研究小組，著手解決這一問題。他們的研究確定了蛋黃蛋白，這些蛋白在哺乳動物轉向胎生后消失，但在胎生鯊魚和鰩魚中保留。他們的研究結果表明，這些蛋白質可能已經進化出一種新的作用，為軟骨魚類的發育中的胚胎提供營養。

　　據現在在三島國立遺傳學研究所擔任分子生命史實驗室教授的Kuraku說，調查人員長期以來一直想進一步了解鯊魚及其親屬中胎生性的進化。"繁殖是軟骨魚類最迷人的特征之一，因為它們顯示出廣泛的繁殖模式"。

　　在胎生物種中，這包括一系列為發育中的胚胎提供營養的機制，從完全依靠胚胎卵黃囊中的營養，到喂養胚胎未受精卵，從子宮中分泌營養（"子宮乳"），或通過胎盤轉移營養物質。

　　為了更好地了解這些不同的機制，作者搜索了12種軟骨魚類的基因組和轉錄組數據，以尋找卵黃素（VTG）的同源物，卵黃素是產卵物種在雌性肝臟中合成的主要卵黃蛋白。無論它們的繁殖方式如何，所有軟骨魚類都至少有兩個Vtg的拷貝，而所有Vtg的拷貝都已從哺乳動物中消失（盡管作者在一種有袋動物中發現了一個拷貝，而以前并不知道它有一個Vtg基因）。

　　接下來，作者搜索了VTG受體的同源物；雖然哺乳動物保留了該受體的一個拷貝，但Kuraku和他的同事在軟骨魚類中發現了兩個古老的串聯復制，產生了三個受體的拷貝。作者指出，這一發現是出乎意料的。

　　"我們預測鯊魚基因組中保留了蛋黃蛋白基因，因為活體鯊魚部分依賴于蛋黃的營養供應，"Kuraku說。"最讓我們吃驚的是，包括鯊魚在內的軟骨魚類有更多的蛋黃蛋白受體基因拷貝"。

　　這表明，這些蛋白質可能在這種胎生魚系中提供一種新的功能。為了闡明VTG及其受體在這些物種中的功能，作者比較了一種產卵鯊魚（云紋貓鯊）和兩種胎生鯊魚的組織轉錄組數據。皺腮鯊是一種胎生物種，不向發育中的胚胎提供母體營養，而星鯊則有胎盤。在產卵的云紋貓鯊中，VTG主要在肝臟中表達，而其受體主要在卵巢中表達。

　　相反，在兩種胎生鯊魚中，VTG不僅在肝臟中表達，而且在子宮中也表達。有趣的是，VTG受體在這些物種的子宮中也有表達。這表明，VTG蛋白可能不僅具有卵黃營養物的功能，而且還可能被輸送到子宮，在那里它們可能在一些軟骨魚類中發揮提供基于母體的營養的作用。

　　正如作者所指出的，這種令人感興趣的可能性還有待通過功能研究加以證實。他們還希望將這一分析擴展到對與軟骨魚各種繁殖模式相關的因素進行全基因組調查。不幸的是，鑒于在獲得生物樣本方面的挑戰，這種實驗在這些物種中很難進行。然而，Kuraku和他的合作者希望能改變這種情況。

　　Kuraku說："這項研究是通過具有各種專業知識的人之間的網絡來實現的，他們認識到軟骨魚的生物潛力，這也帶來了Squalomix聯盟的啟動和發展，"這是一項在2020年發起的倡議，旨在促進專門針對鯊魚和鰩魚物種的基因組和分子方法。該聯盟旨在公開其資源，包括一種可能有助于實現分子功能測定的細胞培養技術，促進未來對這些難以捉摸和迷人的生物的繁殖模式的研究。