国际团队破译格陵兰鲨鱼基因组

格陵兰鲨(Somniosus microcephalus)是北大西洋和北冰洋深处的一种行踪不定的生物，也是世界上寿命最长的脊椎动物，估计寿命约为 400 年。

莱布尼茨衰老研究所——耶拿弗里茨·利普曼研究所 (FLI)、波鸿鲁尔大学、SNS、哥本哈根大学和 CNR-IBF Pisa 的国际科学家团队与其他机构合作，现已对这一标志性物种的基因组进行了测序。他们在bioRxiv预印本服务器上发布了第一批结果，并开放了基因组序列。数据表明，这种动物修复自身 DNA 的工具箱可能解释了其以及其他动物的极长寿命。

此外，该团队对动物基因组成的解读工作将为人们揭示实现长寿的一般机制提供新的启示。

“格陵兰鲨鱼的基因组是了解这种寿命极长的物种衰老分子机制的关键一步，”德国耶拿莱布尼茨衰老研究所弗里茨·利普曼研究所 (FLI) 计算生物学家兼研究小组组长史蒂夫·霍夫曼 (Steve Hoffmann) 说道。研究人员预计，格陵兰鲨鱼研究对许多其他生物也具有重要意义。

“探索生命之树中巨大寿命多样性的遗传基础，为研究实现超长寿命的机制提供了全新的视角，”FLI ​​的神经生物学家和相关小组负责人、比萨高等师范学校 (SNS) 教授亚历山德罗·塞莱里诺 (Alessandro Cellerino) 解释道。

只有少数复杂动物的寿命比人类长。令人震惊的例子是巨型陆龟，比如乔纳森，一只现居圣赫勒拿岛的 191 岁巨型陆龟。然而，与格陵兰鲨鱼相比，这一记录就显得微不足道了。

鲨鱼基因组的大小是该项目早期面临的挑战之一。格陵兰鲨的基因密码有 65 亿个碱基对，是人类基因密码的两倍，是迄今为止最大的鲨鱼基因组序列。

“迄今为止，测序过的动物中只有少数拥有如此大基因组的，”这项研究的第一作者阿恩·萨姆 (Arne Sahm) 在谈到墨西哥钝口螈和最近发表的肺鱼基因组研究时说道。

和蝾螈和肺鱼一样，格陵兰鲨基因组的巨大规模主要归因于重复和频繁自我复制的元件。此类转座元件有时被称为跳跃基因或自私基因，通常被认为是基因组寄生虫，占格陵兰鲨基因组的 70% 以上。

有趣的是，高重复含量通常被认为是有害的，因为跳跃基因会破坏其他基因的完整性并降低基因组的整体稳定性。然而，就格陵兰鲨而言，高重复含量似乎并没有限制其寿命。

相反，萨姆和他的同事怀疑，转座因子的扩张甚至可能促成了格陵兰鲨鱼的极长寿命。有时，其他功能更相关的基因可以劫持转座因子编码的分子机制进行繁殖。该团队认为，在格陵兰鲨鱼的进化过程中，几个常规基因抓住了这个机会。令人惊讶的是，许多重复的基因参与了修复 DNA 损伤。

“在我们的每个细胞中，DNA 每天都会遭受数千次损伤，而专门的分子机制会不断对其进行修复。比较基因组学研究的一个显著发现是，长寿的哺乳动物物种在修复 DNA 方面异常高效，”Cellerino 解释说。因此，该团队的结果表明，DNA 修复可能代表了超长寿命进化背后的普遍机制。

“我们推测格陵兰鲨鱼的进化已经找到了一种方法来抵消转座因子对 DNA 稳定性的负面影响——通过劫持转座因子的机制，”萨姆补充道。

研究人员也渴望了解更多有关控制转座因子扩散的机制。

马克斯普朗克分子遗传学研究所的海伦·克莱茨默说：“我们现在可以开始回答格陵兰鲨鱼的转座因子沉默是否与其他物种不同。”

研究小组还发现，蛋白质 p53(也被称为“基因组守护者”)发生了特定变化。令人惊讶的是，p53 充当着控制中心的角色，对人类和许多其他物种的 DNA 损伤作出反应。

“这种蛋白质在大约一半的人类癌症中发生突变，是我们所知的最重要的肿瘤抑制因子。因此，它是长寿的必需基因，”史蒂夫·霍夫曼说。然而，还需要进一步研究来表明观察到的关键基因变化(如 p53 和分子通路，例如 DNA 修复基因的重复或肿瘤抑制因子的变化)在多大程度上有助于动物的超​​长寿命。

CNR—IBF 比萨中心的 Paolo Domenici 表示：“我们的基因组项目现在为许多独立研究提供了基础，这将有助于我们更好地了解这一非凡物种的进化。”

“这是我们决定立即向科学界公开基因组的原因之一，”Alessandro Cellerino 补充道。该团队提供的基因组序列和相应的网络资源使世界各地的研究人员能够分析他们感兴趣的格陵兰鲨鱼基因版本。

“这项研究是更好地了解格陵兰鲨极端生理基础的基石。此外，它首次帮助我们评估了它们的基因组多样性，从而评估了这种脆弱物种的种群规模，”哥本哈根大学的约翰·弗伦·斯特芬森 (John Fleng Steffensen) 说道，他过去 15 年来一直在野外研究这些巨型动物。