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作者及发表信息

该研究由Yulong Liu、Gang Zhai、Jingzhi Su等多名作者共同完成，主要作者来自中国科学院水生生物研究所、中国科学院大学等机构。研究论文发表于《Genome Research》期刊，预计于2024年正式出版。

学术背景

该研究的主要科学领域是鱼类基因组学与进化生物学。研究的核心问题是揭示肉食性鱼类的摄食偏好及其对应的代谢策略的遗传基础。鱼类在复杂环境中表现出多样化的摄食习惯，但摄食偏好及其代谢策略的遗传机制尚不明确。此前的研究主要集中在鱼类嗅觉和味觉器官在摄食偏好中的作用，但对相关代谢策略的遗传基础和生理反应知之甚少。因此，该研究旨在通过比较肉食性鱼类（长吻鮠，*Leiocassis longirostris*）与草食性鱼类的全基因组，揭示鱼类摄食偏好与代谢策略的进化适应机制。

研究流程

研究分为以下几个主要步骤：

1. 基因组测序与组装
   研究团队使用第三代纳米孔测序技术（Nanopore sequencing）结合Hi-C辅助组装技术，对长吻鮠的基因组进行了测序和组装。共获得113.66 Gb的测序数据，覆盖深度为151.55×。通过Hi-C技术，将基因组组装到染色体水平，最终获得693.16 Mb的基因组，锚定率为99.32%。基因组质量通过BUSCO和CEGMA评估，结果显示基因组完整性较高。

2. 基因注释与比较基因组分析
   使用RepeatMasker等工具对基因组中的重复序列进行注释，并通过Augustus等软件进行基因结构预测。最终预测出24,216个编码基因，其中23,078个基因被注释。通过与黄颡鱼（*Pelteobagrus fulvidraco*）和斑点叉尾鮰（*Ictalurus punctatus*）等物种的基因组进行比较，发现长吻鮠的基因组与这些物种具有较高的共线性。

3. 正选择与快速进化基因分析
   研究团队通过正选择分析和快速进化分析，筛选出与摄食偏好和代谢策略相关的基因。正选择分析以长吻鮠为前景分支，以草鱼（*Ctenopharyngodon idella*）、团头鲂（*Megalobrama amblycephala*）等为背景分支，共鉴定出379个正选择基因。快速进化分析则比较了长吻鮠与其他鱼类的基因组，发现1,007个快速进化基因。通过交叉分析，最终确定了250个与摄食偏好和代谢策略相关的基因，其中包括味觉受体基因*TAS1R3*和胰蛋白酶基因*Trypsin*。

4. 功能验证实验
   为了验证*TAS1R3*在摄食偏好中的作用，研究团队利用CRISPR-Cas9技术构建了*TAS1R3*缺失的斑马鱼模型。通过摄食行为实验发现，*TAS1R3*缺失的斑马鱼对植物性食物的摄食量显著增加，表明*TAS1R3*在肉食性鱼类的摄食偏好中起关键作用。此外，研究还发现*Trypsin*的活性与鱼类的代谢策略密切相关，肉食性鱼类的*Trypsin*活性显著高于草食性鱼类。

5. 代谢特征分析
   通过对草鱼摄食习惯转变（从肉食性到草食性）过程中代谢特征的分析，发现草鱼在转变后血浆总氨基酸水平下降，而α-淀粉酶、葡萄糖激酶（*GCK*）和丙酮酸激酶（*PK*）的活性显著上升。这些结果表明，摄食偏好的转变伴随着代谢策略的调整。

主要结果

1. 基因组组装与注释
   研究成功组装了长吻鮠的高质量基因组，为后续比较基因组分析提供了基础。

2. 正选择与快速进化基因
   鉴定出250个与摄食偏好和代谢策略相关的基因，其中*TAS1R3*和*Trypsin*是关键基因。

3. *TAS1R3*的功能验证
   *TAS1R3*缺失的斑马鱼表现出对植物性食物的偏好，证实了该基因在肉食性鱼类摄食偏好中的重要作用。

4. *Trypsin*与代谢策略的关系
   肉食性鱼类的*Trypsin*活性显著高于草食性鱼类，表明该基因在鱼类代谢策略中起关键作用。

5. 代谢特征的变化
   草鱼在摄食习惯转变后，代谢特征发生显著变化，进一步支持了摄食偏好与代谢策略之间的关联。

结论

该研究揭示了鱼类摄食偏好与代谢策略的遗传基础，首次明确了*TAS1R3*和*Trypsin*在肉食性鱼类摄食偏好和代谢策略中的关键作用。研究结果为理解脊椎动物摄食习惯的进化提供了新的见解，并为鱼类育种和营养研究提供了重要的遗传学依据。

研究亮点

1. 高质量基因组组装
   研究成功组装了长吻鮠的高质量基因组，为后续分析提供了可靠的基础。

2. *TAS1R3*的功能验证
   通过CRISPR-Cas9技术构建的*TAS1R3*缺失斑马鱼模型，首次明确了该基因在摄食偏好中的具体作用。

3. 摄食偏好与代谢策略的关联
   研究首次揭示了摄食偏好与代谢策略之间的遗传关联，为理解鱼类摄食习惯的进化提供了新的视角。

其他有价值的内容

研究还发现，草鱼在摄食习惯转变过程中，肠道微生物群的变化可能也参与了代谢策略的调整。这一发现为进一步研究鱼类摄食习惯与肠道微生物的关系提供了新的方向。

该研究通过基因组学与功能实验相结合的方法，深入揭示了鱼类摄食偏好与代谢策略的遗传机制，为相关领域的研究提供了重要的理论基础和实践指导。