探索格陵蘭睡鯊長壽的秘密 _格陵蘭睡鯊

在海底附近拍攝的格陵蘭睡鯊。來源：dotted zebra/Alamy
據美國物理學家組織網（賈斯汀·杰克遜）：格陵蘭睡鯊的壽命被認為可以達到400年。東京大學領導的研究人員現在對格陵蘭睡鯊（小頭睡鯊）的第一個染色體水平基因組進行了測序，揭示了與其非凡的壽命、免疫功能和深海生存有關的遺傳適應性。
格陵蘭睡鯊棲息在北大西洋和北冰洋，身長超過6米，體重超過1400公斤。每年約1厘米的增長率表明壽命延長，這一點得到了眼睛晶狀體放射性碳定年法的證實，該法估計一個人的年齡約為400歲。
對其他長壽物種（包括大象和巖魚）的現有基因組研究已經確定了與延長壽命相關的特定基因變異。然而，在這項研究之前，還沒有對格陵蘭睡鯊進行過基因組研究。
巨大的基因組規(guī)模、測序的技術挑戰(zhàn)和有限的保護數據阻礙了對格陵蘭睡鯊生物學的全面理解。由于難以獲得高質量的基因組材料，研究工作受到了限制。全面的基因組序列可以深入了解該物種的特殊壽命、癌癥抵抗力和環(huán)境適應。
在bioRxiv上預印本發(fā)表的題為“格陵蘭睡鯊基因組：深海生態(tài)和極端壽命洞察”的研究中，研究人員進行了全基因組測序，以研究與壽命和深海適應相關的遺傳因素。
作為正在進行的生物遙測研究的一部分，在斯瓦爾巴群島的孔斯峽灣捕獲了一條雌性格陵蘭睡鯊。在鯊魚被放歸野外之前，采集了組織樣本（鰭夾和血液）。
對樣本進行高保真長讀基因組測序，得到約34.5倍的基因組覆蓋率。使用Hi-C測序數據構建了染色體規(guī)模的基因組組裝，得到了一個5.9千兆堿基的基因組，其N50支架長度為233兆堿基。共注釋了37125個蛋白質編碼基因，完整性得分為86.5% 。
比較分析確定了549個擴增基因家族和1461個收縮基因家族。在擴增的家族中，參與NF-κB信號傳導、DNA修復和免疫功能的基因顯著增加。TNF、TLR和LRRFIP基因家族都調節(jié)NF-κB信號傳導，與壽命較短的鯊魚相比，它們的拷貝數更高。NF-κB在細胞保護、炎癥反應和凋亡中起著至關重要的作用，這表明延長壽命和抗病性的遺傳基礎。
一些已知影響癌癥抑制的基因，包括FOXF2、FSCN1和MAD2L1BP，顯示出陽性選擇的跡象。FOXF2調節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境，而FSCN1影響細胞遷移和腫瘤進展。MAD2L1BP參與染色體穩(wěn)定性和DNA修復，這是癌癥耐藥性的關鍵過程。
格陵蘭睡鯊生活在極深的地方，光照很少。該物種的視紫紅質基因（RHO）變體顯示出與藍光光譜偏移一致的氨基酸替換，這是對深海環(huán)境的一種特征性適應。與其他球粒隕石物種的比較證實了與已知深海居民的相似之處，表明對昏暗光線視覺的遺傳適應。
對捕獲的鯊魚的現場觀察表明，格陵蘭睡鯊在甲板上對水下潛水燈和附近的運動有反應，這挑戰(zhàn)了之前關于它們因角膜寄生蟲而視力不佳的假設。
研究人員分析了格陵蘭睡鯊與其近親太平洋睡鯊（Somniosus pacificus）之間的群體遺傳學。基因組數據表明，格陵蘭睡鯊的有效種群規(guī)模長期下降，而太平洋睡鯊經歷了歷史瓶頸，隨后出現了種群恢復的跡象。
分歧估計揭示了兩個遺傳分離信號：大約1000萬年前的早期分歧和大約300萬年前最近的遺傳隔離事件。此外，對純合子序列的分析表明，格陵蘭睡鯊可能最近經歷了近親繁殖，而太平洋睡鯊則表現出過去近親繁殖的證據，隨后種群擴張。
純合子分析表明，與太平洋睡鯊相比，格陵蘭睡鯊的近親繁殖率更高，而雜合子分析表明格陵蘭睡鯊的長期有效種群規(guī)模大約是其親屬的1.5倍。
測序數據揭示了多種可能與壽命、癌癥耐藥性和免疫調節(jié)有關的遺傳機制。NF-κB相關基因的擴展，以及積極選擇的癌癥相關基因，表明進化適應有助于延長其壽命和疾病抵抗力。視紫紅質的光譜調諧適應表明視覺系統針對深海條件進行了優(yōu)化。
格陵蘭睡鯊大約在150年后成熟，這使它們極易受到過度捕撈和環(huán)境變化的影響。該研究為了解這種長壽物種的種群動態(tài)、進化歷史和潛在的保護策略提供了基礎基因組資源。
研究結果還表明，特定基因家族與壽命、免疫反應和癌癥抵抗力之間有著密切的聯系，為未來的人類衰老研究奠定了基礎。