探寻南极“抗冻鱼”基因之谜
南极“抗冻鱼”（资料图片）
据美国科学日报报道，目前，科学家对南极洲冰冻海域生活的一种鱼类进行基因研究，从中揭示了它们能够生存在极度寒冷水域的秘密。这项研究是首次探寻南极“抗冻鱼”(notothenioid fish)基因之谜，寻找它们能够生存在非常寒冷海域环境的线索。
抗冻鱼家族物种共有8种，其中5种栖息在南极洲南部海域，这是环绕南极大陆的冰冷海域，这里的海水温度足以将许多鱼类结冻成冰。而抗冻鱼却能够生存于这种极端冰冷、富含氧气的海水环境，它们的存在构成了南极南部海域的90%鱼类物种。
伊利诺斯州大学动物生物学教授亚瑟·德韦瑞斯(Arthur DeVries)在上世纪六十年代发现一些抗冻鱼能够自已形成“抗冻蛋白质”，这些特殊蛋白质对血液中的冰晶体形成起到抵御作用，避免鱼类身体被冰冻。在目前的最新研究中，伊利诺斯州大学动物生物学教授克里斯蒂娜·陈(Christina Cheng)和同事们寻找全面广泛的基因线索，期望能够帮助解释为什么南极抗冻鱼幸存的原因。克里斯蒂娜说，“没有人能够真实地了解这种奇特鱼类完整的生物能力，该生物能力对于生活在长期冰冷环境是非常重要的。这是首次展开此类研究。”
克里斯蒂娜和研究同事希望知道一种名为“Dissostichus mawsoni”的南极抗冻鱼体内的基因表达，他们对该鱼类的4种器官组织进行了基因表达分析，器官组织分别是：大脑、肝脏、头肾和卵巢。她说，“我们发现非常奇特的特征，在每个器官组织中蛋白质是由一小组基因表达的，每个器官组织具有多种转录功能——基因信息表达为蛋白质结构，但是我们发现这一小组基因却控制着转录进程。”
研究人员充分论述了使鱼类能够在寒冷、富含氧气的海水环境中生活的蛋白质在南极抗冻鱼体内表达得更多一些，但同时他们也认为一些特殊组织仅由某些特定的蛋白质简单表达。为了更好地证实是否这种基因在抗冻鱼体内“进行调控”可增强其幸存冰冷海域的能力，研究人员对比了Dissostichus mawsoni抗冻鱼和其他几种暖水鱼类，他们发现抗冻鱼的多数基因表达与暖水鱼相差很大。
当克里斯蒂娜和同事们分析这种“调控”基因时，他们发现许多蛋白质的编码表达是为了响应外界环境影响。它们多数是分子伴侣蛋白质(chaperone proteins)，其中包括“热休克蛋白质”(heat shock proteins)。比如：此类蛋白质可以保护其他蛋白质免遭极端寒冷或炽热环境的损害。其他的蛋白质叫做泛素(ubiquitins)蛋白质，也较高地存在于南极抗冻鱼的基因表达之中。泛素蛋白质对受损蛋白质进行目标性破坏，将有助于维持细胞和器官组织的健康。同时，研究人员还发现一些基因编码表达蛋白质，表现为清除细胞内或氧化细胞受损死亡中的抗性氧原子或分子，这种蛋白质帮助鱼类克服富含氧气海水环境的氧化压力。
克里斯蒂娜说，“南极抗冻鱼体内的许多蛋白质都涉及维持蛋白质和细胞功能的完整性。”此外，研究人员还对比了南极抗冻鱼和其他三种生活在暖水环境中抗冻鱼物种的基因表达频率，最终他们证实了南极抗冻鱼体内的调控基因表达比暖水同类物种更高一些。她指出，南极抗冻鱼更多的基因特征将能够参与更多的转录蛋白质表达，并证实更多的必要性蛋白质功能。目前，这项最新发现将有助于科学家理解全球气候变迁如何影响冷水环境鱼类。
她说，“如果水温出现显著升高，我们并不清楚是否南极抗冻鱼会适应新的生存环境，或许它们将走向灭绝之路。如果是这样的话，整个南极食物链将出现显著影响变化。目前，克里斯蒂娜的实验室正在模拟鱼类如何响应海水温度升高。
魏冬 新浪科技
