魚(yú)類(lèi)為了適應復雜多變的生存環(huán)境，進(jìn)化出多樣化的攝食習性。在長(cháng)期進(jìn)化過(guò)程中，魚(yú)類(lèi)的食性依據攝食偏好，逐漸分化為肉食性、草食性和雜食性等。最近的研究揭示了嗅覺(jué)和味覺(jué)器官在魚(yú)類(lèi)攝食偏好中的作用。但人們對魚(yú)類(lèi)攝食偏好及其相應代謝策略的遺傳基礎、生理響應等仍知之甚少。因此，揭示魚(yú)類(lèi)攝食偏好的遺傳基礎及其適應性代謝策略將為解析魚(yú)類(lèi)攝食習性和代謝的進(jìn)化提供重要基礎。

長(cháng)吻鮠（Leiocassis longirostris Günther）是分布于長(cháng)江水系為主的高價(jià)值經(jīng)濟魚(yú)類(lèi)，整個(gè)生活史階段都是典型的肉食性魚(yú)類(lèi)，其代謝特征是蛋白需求高、糖利用能力低。草魚(yú)在仔魚(yú)階段是肉食性，到幼魚(yú)階段逐漸轉變?yōu)椴菔承?，是研究魚(yú)類(lèi)從肉食性向草食性的食性轉變機制的理想模型。中國科學(xué)院水生生物研究所魚(yú)類(lèi)生理生態(tài)學(xué)研究團隊前期發(fā)現，草魚(yú)和長(cháng)吻鮠在營(yíng)養物質(zhì)代謝中差異顯著(zhù)，草食性草魚(yú)相較于肉食性長(cháng)吻鮠，在消化、吸收、轉運等代謝過(guò)程中展現出更強的糖利用能力，如草魚(yú)淀粉酶活力是長(cháng)吻鮠淀粉酶活力的20~80倍（Su et al. 2020;Su et al. 2021）。但是魚(yú)類(lèi)攝食偏好和代謝特征的關(guān)聯(lián)機制及其遺傳基礎仍不明確。

基于此，研究團隊采用第三代Nanopore測序技術(shù)結合Hi-C輔助組裝技術(shù)，成功完成了長(cháng)吻鮠的全基因組測序。對長(cháng)吻鮠和草魚(yú)進(jìn)行比較基因組學(xué)分析后，通過(guò)正選擇和快速進(jìn)化的聯(lián)合分析鑒定出包括味覺(jué)受體1型成員3（tas1r3）、胰蛋白酶（trypsin）等250個(gè)基因。相對于草魚(yú)，長(cháng)吻鮠的收縮、擴張、正選擇和快速進(jìn)化基因分析結果表明，肉食性長(cháng)吻鮠表現出顯著(zhù)的攝食偏好（tas1r3-calhm-cck信號）和相應的蛋白代謝特征（trypsin-lap3-cars2信號），草食性草魚(yú)則以糖代謝途徑（slc2a9-ppp1r3g-chrebp信號）為主。進(jìn)一步研究發(fā)現，tas1r3基因在肉食性魚(yú)類(lèi)對食物的選擇中起到關(guān)鍵作用。分別在tas1r3基因缺失的斑馬魚(yú)、肉食性向草食性轉換的草魚(yú)模型中，證實(shí)了tas1r3基因對肉食性魚(yú)類(lèi)攝食偏好的必要性。在此基礎上，對肉食性長(cháng)吻鮠和大口黑鱸、草食性草魚(yú)和團頭魴分析結果表明，胰蛋白酶活性及營(yíng)養物質(zhì)代謝特征譜的顯著(zhù)變化伴隨著(zhù)魚(yú)類(lèi)攝食食性的改變，進(jìn)一步證實(shí)了魚(yú)類(lèi)攝食選擇與相應代謝策略的密切關(guān)聯(lián)。

長(cháng)吻鮠和草魚(yú)的比較基因組分析：攝食偏好與相應代謝途徑

研究揭示了魚(yú)類(lèi)攝食偏好與代謝策略之間的保守適應性，為理解魚(yú)類(lèi)攝食習性和代謝的進(jìn)化提供了重要支撐，也為魚(yú)類(lèi)食性轉換的營(yíng)養學(xué)、遺傳學(xué)操作提供了重要基礎。

該研究成果以“The Chinese longsnout catfish genome provides novel insights into the feeding preference and corresponding metabolic strategy of carnivores”為題發(fā)表于Genome Research（2024,34: 981-996）。水生所劉雨龍博士、翟剛副研究員、宿敬志博士為論文共同第一作者，水生所韓冬研究員、解綬啟研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題（2023YFD2400605,2022YFD2400900）等的資助。

論文鏈接：https://www.genome.org/cgi/doi/10.1101/gr.278476.123