探索格陵兰睡鲨长寿的秘密 _格陵兰睡鲨

在海底附近拍摄的格陵兰睡鲨。来源：dotted zebra/Alamy
据美国物理学家组织网（贾斯汀·杰克逊）：格陵兰睡鲨的寿命被认为可以达到400年。东京大学领导的研究人员现在对格陵兰睡鲨（小头睡鲨）的第一个染色体水平基因组进行了测序，揭示了与其非凡的寿命、免疫功能和深海生存有关的遗传适应性。
格陵兰睡鲨栖息在北大西洋和北冰洋，身长超过6米，体重超过1400公斤。每年约1厘米的增长率表明寿命延长，这一点得到了眼睛晶状体放射性碳定年法的证实，该法估计一个人的年龄约为400岁。
对其他长寿物种（包括大象和岩鱼）的现有基因组研究已经确定了与延长寿命相关的特定基因变异。然而，在这项研究之前，还没有对格陵兰睡鲨进行过基因组研究。
巨大的基因组规模、测序的技术挑战和有限的保护数据阻碍了对格陵兰睡鲨生物学的全面理解。由于难以获得高质量的基因组材料，研究工作受到了限制。全面的基因组序列可以深入了解该物种的特殊寿命、癌症抵抗力和环境适应。
在bioRxiv上预印本发表的题为“格陵兰睡鲨基因组：深海生态和极端寿命洞察”的研究中，研究人员进行了全基因组测序，以研究与寿命和深海适应相关的遗传因素。
作为正在进行的生物遥测研究的一部分，在斯瓦尔巴群岛的孔斯峡湾捕获了一条雌性格陵兰睡鲨。在鲨鱼被放归野外之前，采集了组织样本（鳍夹和血液）。
对样本进行高保真长读基因组测序，得到约34.5倍的基因组覆盖率。使用Hi-C测序数据构建了染色体规模的基因组组装，得到了一个5.9千兆碱基的基因组，其N50支架长度为233兆碱基。共注释了37125个蛋白质编码基因，完整性得分为86.5% 。
比较分析确定了549个扩增基因家族和1461个收缩基因家族。在扩增的家族中，参与NF-κB信号传导、DNA修复和免疫功能的基因显著增加。TNF、TLR和LRRFIP基因家族都调节NF-κB信号传导，与寿命较短的鲨鱼相比，它们的拷贝数更高。NF-κB在细胞保护、炎症反应和凋亡中起着至关重要的作用，这表明延长寿命和抗病性的遗传基础。
一些已知影响癌症抑制的基因，包括FOXF2、FSCN1和MAD2L1BP，显示出阳性选择的迹象。FOXF2调节肿瘤免疫微环境，而FSCN1影响细胞迁移和肿瘤进展。MAD2L1BP参与染色体稳定性和DNA修复，这是癌症耐药性的关键过程。
格陵兰睡鲨生活在极深的地方，光照很少。该物种的视紫红质基因（RHO）变体显示出与蓝光光谱偏移一致的氨基酸替换，这是对深海环境的一种特征性适应。与其他球粒陨石物种的比较证实了与已知深海居民的相似之处，表明对昏暗光线视觉的遗传适应。
对捕获的鲨鱼的现场观察表明，格陵兰睡鲨在甲板上对水下潜水灯和附近的运动有反应，这挑战了之前关于它们因角膜寄生虫而视力不佳的假设。
研究人员分析了格陵兰睡鲨与其近亲太平洋睡鲨（Somniosus pacificus）之间的群体遗传学。基因组数据表明，格陵兰睡鲨的有效种群规模长期下降，而太平洋睡鲨经历了历史瓶颈，随后出现了种群恢复的迹象。
分歧估计揭示了两个遗传分离信号：大约1000万年前的早期分歧和大约300万年前最近的遗传隔离事件。此外，对纯合子序列的分析表明，格陵兰睡鲨可能最近经历了近亲繁殖，而太平洋睡鲨则表现出过去近亲繁殖的证据，随后种群扩张。
纯合子分析表明，与太平洋睡鲨相比，格陵兰睡鲨的近亲繁殖率更高，而杂合子分析表明格陵兰睡鲨的长期有效种群规模大约是其亲属的1.5倍。
测序数据揭示了多种可能与寿命、癌症耐药性和免疫调节有关的遗传机制。NF-κB相关基因的扩展，以及积极选择的癌症相关基因，表明进化适应有助于延长其寿命和疾病抵抗力。视紫红质的光谱调谐适应表明视觉系统针对深海条件进行了优化。
格陵兰睡鲨大约在150年后成熟，这使它们极易受到过度捕捞和环境变化的影响。该研究为了解这种长寿物种的种群动态、进化历史和潜在的保护策略提供了基础基因组资源。
研究结果还表明，特定基因家族与寿命、免疫反应和癌症抵抗力之间有着密切的联系，为未来的人类衰老研究奠定了基础。