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摘要 背景 基因丢失是基因组进化的一种重要但常被低估的方式。基因丢失可反映选择约束的放松、中性退化、功能补偿或适应性改变；然而，一旦其在群体中固定下来，便会改变可遗传的基因组成，并可能塑造后代谱系可利用的进化轨迹。因此，发生在一个辐射演化类群基部附近的共享性基因丢失，可能成为后续特化发生时所依赖的基因组背景的一部分。南极鳚形亚目鱼类（cryonotothenioid）辐射演化为研究极地极端环境中的基因丢失提供了一个有力体系：该类群在热环境高度稳定的南大洋中实现了多样化，而该支系之外的外群则使祖先基因是否存在的推断成为可能。 结果 基于全基因组比对以及对11种cryonotothenioid和4种非南极鳚形亚目外群的、考虑直系同源关系的比较分析，我们系统鉴定了导致基因失活的突变，并重建了其系统发育分布。在采用严格筛选标准以降低参考偏倚、减轻组装与注释伪影，并排除具有可检测转录组支持的位点后，我们鉴定出30个高置信度的单拷贝直系同源基因：这些基因在所采样的cryonotothenioid中丧失了编码潜能，但在外群中保留完整的编码序列。这些类群范围内的共享性丢失影响了与脂质和氨基酸代谢、水转运、肾脏葡萄糖重吸收、骨骼矿化、昼夜节律调控以及tRNA修饰通路相关的基因。我们还鉴定出另外12个单拷贝直系同源基因，它们在所考察的冰鱼类群中发生丢失，但在红血鳚形亚目鱼类和外群中仍被保留，其中包括与氧运输、铁处理、红系生物学及囊泡运输相关的基因。 结论 本研究提供了一个覆盖全基因组的编码基因丢失目录，涵盖了所采样cryonotothenioid中共享的基因丢失事件，并补充揭示了冰鱼中的额外谱系特异性丢失。其中许多丢失发生在保守基因中，这些基因在人体或模式脊椎动物中与疾病相关表型有关，提示南极鳚形亚目鱼类为研究功能缺失变异如何在可存活的野生种群中持续存在提供了一个天然的比较体系。这些候选“天然敲除体”为检验以下假说提供了基础：环境缓冲、旁系同源基因补偿以及通路重构如何在长期低温条件下塑造脊椎动物生理。
摘要
背景 基因丢失是基因组演化的一种重要但常被低估的方式。基因丢失可反映选择约束的放松、中性退化、补偿作用或适应性改变；然而，一旦这类丢失被固定下来，它们就会改变可遗传的基因组成，并能够塑造后代谱系可利用的演化轨迹。因此，发生在一个适应辐射基部附近的共享性丢失，可能会成为后续特化发生时所依赖的基因组背景的一部分。南极诺托鳚亚目鱼类（cryonotothenioid）适应辐射为研究极端极地环境中的基因丢失提供了一个强有力的体系：该类群在热环境稳定的南大洋中发生了多样化，而该支系之外的外群则使祖先基因是否存在的推断成为可能。
结果 利用全基因组比对以及涵盖11种 cryonotothenioid 和4种非南极诺托鳚亚目外群的、考虑直系同源关系的比较分析，我们系统鉴定了导致基因失活的突变，并重建了其系统发育分布。在施加严格筛选条件以降低参考偏倚、减轻组装与注释伪影，并排除具有可检测转录组支持的位点之后，我们鉴定出30个高置信度的单拷贝直系同源基因：这些基因在所采样的 cryonotothenioid 中失去了编码潜能，而在外群中仍保有完整的编码序列。这些类群范围内的丢失影响了与脂质和氨基酸代谢、水转运、肾脏葡萄糖重吸收、骨骼矿化、昼夜节律调控以及 tRNA 修饰通路相关的基因。我们还鉴定出另外12个单拷贝直系同源基因，它们在所考察的冰鱼类群中已丢失，但在红血型诺托鳚亚目鱼类及外群中仍被保留，其中包括与氧运输、铁处理、红系生物学以及囊泡运输相关的基因。
结论 本研究提供了一个覆盖全基因组的编码基因丢失目录，涵盖了在所采样 cryonotothenioid 中共享的丢失事件，以及冰鱼中的额外谱系特异性丢失。其中许多丢失发生在保守基因中，这些基因与人类或模式脊椎动物中与疾病相关的表型有关，提示南极诺托鳚亚目鱼类可作为一个天然的比较体系，用于研究功能缺失变异如何在可存活的野生种群中持续存在。这些候选“天然敲除体”提出了可检验的假说，有助于阐明环境缓冲、旁系同源基因补偿以及通路重构如何在持续寒冷条件下塑造脊椎动物的生理特征。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.06.730616v1?rss=1
🏷️ 基因丢失 全基因组比较 南极鱼类 系统发育分析 天然敲除 低温适应