栖息在加州海岸深海处的黄眼岩鱼（Sebastes ruberrimus），平均寿命长达140多年。 （图片来源:西南渔业科学中心ROV（Remote Operated Vehicles）水下机器人潜水小组）
在环太平洋地区的菜单上常有岩鱼，但大多数情况下，人们并不关心这种鱼的出处，也不关心餐桌上究竟是137种岩鱼中的哪一种，人们通常简单地把它们统称为岩鱼，或错误地称之为岩鳕鱼或红鲷鱼。
但这种看似不知名的鱼，却是地球上最长寿的脊椎动物之一，它们能为我们提供决定寿命和调节寿命长短的基因的线索。
在本周发表在《科学》（Science）杂志上的一项研究中，加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的生物学家以栖息在太平洋沿岸水域的岩鱼为研究对象，通过比较近三分之二已知的岩鱼物种的基因组，发现了导致它们寿命差异巨大的基因差异。
Fishbase数据库上的阿留申平鲉（Sebastes aleutianus）图片
一些岩鱼，如多尔氏平鲉（Sebastes Dallii），寿命最长可达10年，而最长寿的平鲉属类群中，阿留申平鲉（Sebastes aleutianus）可在冰冷的沿海海底水域生活超过两百年，这是一种分布于日本到阿雷迪群岛区域的深海鱼。
岩鱼寿命的长短差异巨大，更不用说学术上的表型差异，如形态大小、生活方式和生态位等，这些差异是经过近一千万年时间进化出来的，这属于鱼类中最快速辐射进化的种类之一。
为了揭示岩鱼寿命的遗传决定因素，研究人员从88个物种中获取了组织样本（虽然偶尔也会品尝下样本），并使用名为Pacbio测序或称为SMRT（Single-Molecular Real Time Sequencing）单分子实时测序的最先进的测序技术进行全基因测序。
他们发现了多种与长寿相关的基因，尽管其中一些基因与适应深海环境和体型增长有关，但这两种基因都与寿命的延长相关。例如，在哺乳动物中，大象的寿命比老鼠长。
研究结果还强调了长寿的利弊，如哺乳动物数量较小的种群中，短寿老鼠的数量远远超过长寿的大象。
此文章的第一作者Peter Sudmant表示：“在这项研究中，我们找到了适应极端寿命背后的遗传原因和后果。这是一个非常令人兴奋的研究，因为我们能够通过观察一组物种发现它们的表型是如何随着时间的推移和遗传因素的变化而形成，同时，这还能让我们进一步了解这种表型是如何反馈并影响该种群的遗传多样性。”Peter Sudmant是加州大学伯克利分校综合生物学助理教授。
白花岩鱼（Sebastes dallii）是太平洋岩鱼中寿命最短的，平均寿命只有12年。（图片来源: K. Lee）
Sudmant提及到，尽管他的研究团队在进行本实验的单一物种遗传变异的研究前就已经发现了与寿命相关的生物通路，但此研究确实发现了几个与通路相关的新基因。同时，太平洋地区平鲉属遗传上的自然变异，竟与大多影响寿命的遗传因素相关联。
Sudmant提议：“你可以把岩鱼想象成一种完美的风暴。因为无论是在个体水平上，单个个体的鱼依靠体型大小和深海适应能力能够存活很长时间，还是在显示出不同趋势的不同物种水平上，他们都是一组完美的可以用来研究的类群，而非仅仅一个物种。”
这项研究对理解人类寿命也有重要意义。Sudmant和他的同事发现，长寿的物种比短寿的物种有更多的免疫调节基因，尤其是多了一组被称之为butyrophilins的基因。因为免疫系统参与调节炎症，而炎症的增加与人类的衰老有关。这些发现指出，基因可能是减缓身体老化影响的药物靶点。
Sudmant说:“通过这项研究，我们有机会观察大自然，了解自然适应是如何影响寿命，并思考这些相同种类的基因是如何在我们自己的身体中发挥作用的。”
鱼类体型大小与栖息地的不同解释了许多有关鱼类寿命差异的原因
研究人员在长寿鱼类中寻找基因变异，发现了137种与长寿相关的基因变异。
然而，并非所有这些基因变异都对寿命有直接影响。研究人员仔细地从这些变异位点中挑选出了使岩鱼适应深海环境、以及与体型增长相关的基因变异，因为这些适应机制往往会延长生物自身的寿命。一般情况下，在寒冷的深海，生物的新陈代谢速率都较为缓慢，而这一生物学特性与长寿息息相关。
Sudmant提出了一个鉴别鱼类寿命长短的指南：“我们可以仅仅通过观察成体鱼类的体型大小以及它们在水下生活的深度等因素来精确预估60%的鱼类寿命。而这些因素同样有助于我们发现调节相关通路的基因。”
其余与长寿相关的遗传变异主要包含三种基因：DNA修复基因的增加；胰岛素调节基因的变化；免疫系统调节基因的增加。人们早就知道胰岛素调节基因会影响寿命；更多的DNA修复基因可以帮助预防癌症，而更多的免疫系统调节基因可以帮助防止感染和预防癌症。
Sudmant指出：“目前教科书上罗列的九或十种主要的胰岛素信号通路中的大部分，即其中六种在岩鱼的进化过程中受到了选择作用。”Sudmant认为，从根本上来看，大部分岩鱼要想延长寿命，一般会简单地通过适应深海寒冷的环境，以及增大体型来实现。但最长寿的岩鱼物种会通过调整DNA修复基因、胰岛素信号通路传导基因和免疫调节基因实现进一步延长寿命。
从这88个岩鱼的基因组中，研究人员还能够推断出岩鱼祖先的基因组组成，以及一千万年前该物种是如何从共同祖先进化而来的。不仅如此，他们还发现种群的数量会随寿命的延长而减少。一些现存的、最长寿的物种的种群数量稀少，它们依靠年老但生育力强的雌性维持种群数量。这些体型大、肥美、生育力强的雌性鱼类（BOFFFF）生下了大部分后代，在鱼类保护界中赫赫有名。尽管有时它们每年能产下上百万个后代，但最后能存活的个体微乎其微，因此种群数量依旧维持在低水平。
Sudmant说：“在岩鱼类群这一千万年的进化过程中，我们可以观察到有些物种会进化出更短的寿命，但它们的种群数量会相对地扩张。反之，有些物种会进化出更长的寿命，但种群数量更小。而这些变化都显著的呈现在这些物种的基因组上，而这正是该类群适应长短寿命变化的表现。”Sudmant还发现一个有趣的现象：这些长寿的物种都有过量的特定种类的DNA突变，例如CG碱基对突变成TG碱基对，而这些突变的碱基对会随着年龄的增长在肿瘤细胞中积累。正因为是这些长寿物种中最长寿的雌性繁殖了大量的后代，这些基因突变才能传递到后代中。
Sudmant和他的同事目前正在进行类似的基因比较研究，涉及到蝙蝠、灵长类或其他物种的基因组，他们希望能发现与调控寿命长短、衰老、压力和其他表型差异相关的基因。但Sudmant认为这些项目都不及此岩鱼项目吸引人。Sudmant说：“在遗传学领域上，我们常常开玩笑称实验是在钓鱼，但无论是字面还是比喻，这个项目真的是在进行钓鱼探险实验。”
加州大学伯克利分校的博士后研究员Sree Rohit Raj Kolora和Gregory Owens（现于加拿大维多利亚大学）是这篇论文的共同第一作者。
翻译：黄俊满
审校：赵冰莹
引进来源：加州大学伯克利分校（University of California - Berkeley）
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