珊瑚礁生態系統蘊含極高的生物多樣性，驅動了諸多海洋新生命的出現。在漫長的演化歷程中，珊瑚礁物種展現出多彩斑斕的體色，并伴隨個體小型化的規律。海龍科物種是典型的小型硬骨魚類，主要棲息于珊瑚礁和海草床等生態系統。近期，科研人員調查發現，為提高生存機會，部分海龍科物種因棲息珊瑚發生了完美的擬態行為。然而，學界對這種珊瑚礁生態系統的特異性適應機理尚不明晰。
豆丁海馬（Hippocampus bargibanti）是已知體型最小的硬骨魚類之一，成體全長僅有1至2厘米，終生專性棲息在柳珊瑚上生存。相較于其他海馬，豆丁海馬沒有育兒袋結構，其胚胎植入雄魚體內發育，繼而進化出一類“雄性體內懷孕”模式。同時，為更好融入宿主柳珊瑚環境，豆丁海馬呈現出獨特的擬態特征，即全身覆蓋類似柳珊瑚的瘤狀結節，“長吻”退化，使其與柳珊瑚在視覺上幾乎“融為一體”。但是，柳珊瑚分泌的毒素是自然界中最致命的天然毒素之一，這給豆丁海馬與柳珊瑚的零距離接觸也帶來了嚴峻挑戰，兩者之間獨特的附生關系形成機制和柳珊瑚驅動豆丁海馬體型演化的調控機制一直是學界關注的熱點。
近日，中國科學院南海海洋研究所研究員林強團隊在海龍科魚類對珊瑚共棲的適應進化機制研究方面取得進展，并首次提出了珊瑚能驅動其共棲物種小型化的新觀點。研究人員對豆丁海馬展開了多組學和生物實驗解析發現，豆丁海馬基因組中丟失了大量與體型大小和頜面骨骼發育相關的保守非編碼區（CNE）。研究人員結合RNA-seq、ATAC-seq等數據的比較研究發現，這些丟失的CNE可通過調控相關基因的表達模式影響頜面骨骼生長發育過程，且hoxa2b基因發生了假基因化，即失去功能。進一步，研究人員基于CRISPR基因編輯實驗證實，敲除hoxa2b基因會導致魚類頜面骨骼發育畸形。因此，研究提出，CNE丟失和關鍵基因功能突變是驅動豆丁海馬體型極度小型化和短吻表型的關鍵遺傳因素。
同時，在豆丁海馬棲息柳珊瑚過程中，珊瑚分泌物對其生存是一把“雙刃劍”。一方面，豆丁海馬的神經傳導和離子通道相關基因發生了快速進化，這表明它們可能衍生出比珊瑚毒素更強的耐受或抵抗能力；另一方面，豆丁海馬能夠利用宿主珊瑚分泌物的免疫保護功能來抵御外源病原體，這可能與豆丁海馬大量丟失其免疫相關基因有協同演化關系。因此，研究認為，這種“免疫精簡”策略可降低其能量消耗，并有助于其形成“雄性體內懷孕”模式，有效避免了在胚胎著床過程中的免疫排斥反應。這種高度依賴宿主并通過主動“精簡”自身基因組來獲取生存優勢的過程，恰好符合生物學中“黑皇后假說”（Black Queen Hypothesis）的典型例證，即舍棄某些“昂貴”的功能，依賴“伙伴”提供。
相關研究成果以Symbiosis with and mimicry of corals were facilitated by immune gene loss and body remodeling in the pygmy seahorse為題，發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部等的支持。
論文鏈接
豆丁海馬CNE丟失與hoxa2b基因的功能突變是驅動體型小型化和短吻表型的關鍵調控因素
豆丁海馬對柳珊瑚適應的進化與遺傳調控機制
本文鏈接：研究解密珊瑚礁共棲物種形成與適應進化的遺傳調控機制http://www.sq15.cn/show-12-1661-0.html
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