近日，由中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生态重點實驗室（LMB）研究員林強牽頭，由新加坡國家科技局和德國康斯坦茨大學聯合完成的研究成果以封面文章的形式發表在《科學進展》上。該研究揭示了草海龍葉等性狀進化的遺傳調控特征，證明scpp5的僞遺傳是海龍魚牙齒脫落的關鍵因素，并首次報道了海龍物種性别決定基因（amhr2y）及其進化機制，為探索海洋動物适應性進化機制開辟了新的視角。
海山魚因其"雄性養育"繁殖政策和特定體型而被視為海洋生物進化和物種保護研究的旗艦群體。在這一組中，草海龍是體型最獨特的物種之一，體表上長出許多葉狀附屬物（又稱"帶葉"），可以像海草一樣随水搖曳，使草海龍處于完美狀态隐藏在海草床中（圖2）;海龍物種雄性的"生殖反向行為"在學術界是一個謎，其中許多物種具有"性角色逆轉"的特征;海山魚性别決定的研究可為進一步探索魚類染色體進化和性别決定基因替代提供重要的理論依據。
物種特異性性狀的發生是對生活環境适應性進化的重要響應。最近，在研究全球海馬多樣性形成機制的過程中，研究小組澄清說，河馬的"刺痛"特征是珊瑚礁适應和進化的重要模式（Nature Communications，2021）。在此基礎上，研究小組基于草海龍葉片的性狀，比較基因組學和轉錄組學分析發現，其表達基因主要采集自皮膚和鳍等器官，說明相關基因對新器官的産生和維持起着重要作用。與鳍相比，猞猁缺乏"肢體"發育關鍵基因，而參與免疫反應群組織修複較多的基因表達較高，而草海龍的MHC I基因在附肢葉片中的特異性擴張也明顯較高，表明猞猁具有重要的免疫和再生作用， 對草海龍适應海草床生态系統具有重要的進化意義（圖3）。
像其他海龍物種一樣，草海龍的管吻沒有牙齒。該團隊先前的研究表明，參與海龍物種骨骼、牙釉質和牙精形成的隐秘鈣結合磷蛋白（SCPP）家族已經失去了大量基因（Nature，2016）。其中，據報道，scpp5在喉齒中表達，但在透明質合金中，由于假遺傳學，它功能失調。在這項研究中，基于CRISPR/Cas9的斑馬魚基因編輯和驗證發現，scpp5-/-突變喉嚨牙齒的數量顯着減少并發生嚴重畸形，表明hyeron cosp5的假遺傳可能是其牙齒脫落的關鍵因素（圖4）。
該研究以海龍的性别決定特征為重點，對雌性、雄性和近種綠海龍進行了全基因組比較分析，發現amhr2和綠海龍的性别特異性拷貝都是amhr22y的雄性特異性拷貝，但兩者的遺傳譜并不相同;然而，在綠海龍中出現了與B-鈣粘蛋白樣基因融合事件（圖5）。同時，amhr2y比amhr2受到更強的選擇壓力，金蛞蝓的性别決定基因在進化過程、基因結構和特定位點等方面表現出趨同的進化特征。
綜上所述，對草海龍和綠海龍全基因組的測序分析揭示了草海龍複雜形成和喪失的進化機制，報道了海龍物種性别決定基因的産生和進化，相關結果為海洋魚類的環境适應性進化提供了新的視角。
該研究工作由中國科學院基礎前沿科研計劃原創創新項目"從0到1"、中國科學院戰略性先導科技項目（B類）、國家自然科學基金、廣東省南方海洋科學與工程實驗室（廣州）等重大專項項目資助。
圖 1.該研究以封面文章的形式形式發表了關于科學進展的文章
圖 2.（一）草海龍形态特征與（C）系統的關系（B）綠海龍
圖 3.草海龍的葉片形态及關鍵基因表達特征。（A）草海龍葉片結構和橫截面組織結構圖譜，（B）基因采集分析
圖 4.野生型和scpp5-/-突變斑馬魚喉齒形态的比較分析。（一）斑馬魚喉齒位于第五對足弓内;（二）草海龍第五對弓缺乏喉齒;（C-J）野生型（D-E）和scpp5-/-突變（G-I）斑馬魚喉嚨牙齒形态比較;（F，J）模式圖
圖 5.草海龍和綠海龍的性别決定了基因的進化及其形成。（A） 性别決定區域和性别決定候選基因;（B）脊椎動物中的amhr2y和amhr2基因;（三）綠海龍amhr2y基因形成示意圖
資料來源：中國科學院南海海洋研究所