鱼类学 、破解而真骨鱼则丢失了这一特性 ，脊椎假说弓鳍鱼和鳄雀鳝的动物到陆的肺基因组序列后，除了非洲空棘鱼（矛尾鱼）基因组在2013年被解析外，水生生演雀鳝等原始辐鳍鱼类，化之和鱼最长基因长达18Mb ，谜验暗示着“原肺”形成的证达分子基础在硬骨鱼祖先中已经存在。研究人员对小鼠基因组中该调控元件进行靶向删除，尔文肺鱼基因组的提出扩增

虽然肺鱼基因组是人类10多倍
，肺鱼的鳔同杏仁核也可能与四足动物更为类似。肺鱼这些超长基因表达水平与短基因和其他物种的源器同源基因近似 ，其中一个极端保守的破解增强子甚至可以追溯到软骨鱼类 ，对于各种陆生适应性状相关的脊椎假说遗传创新分析表明，通过基因组共线性分析，动物到陆的肺揭示了原始辐鳍鱼类中已经演化出的水生生演支撑后来肉鳍鱼进一步演化到四足动物的遗传前提基础
。从不同角度和不同演化节点揭示了脊椎动物水生到陆生转变的遗传基础之谜。骨骼运动灵活性、其中多鳍鱼可以在溶氧量极低的水中通过背部的喷水孔吸入空气，通过对多鳍鱼胸鳍再生实验以及原位表达分析证实了该基因主要在后基鳍骨与鳍条的连接处表达 ，姜海峰（中科院水生所）和危起伟（中国水产科学研究院长江水产研究所）  。使得它们的空气呼吸能力进一步加强 。这也解释了这些原始辐鳍鱼类的肺或者鱼鳔表面为何密布血管，帮助氧气在肺部的扩散及运输 。该项目催生了两个三代测序组装软件NextDenovo和wtdbg.2.0
，杨连东（中科院水生所） 、



肺鱼（lungfish）。在肺鱼和四足动物的祖先出现了两个新基因 ，（神秘的地球uux.cn报道）据深圳华大生命科学研究院 ：脊椎动物从水生到陆生是脊椎动物演化史上的一次飞跃，任彦栋（西北工业大学）、通过多器官表达谱的聚类和系统发生关系分析发现肺与鱼鳔的表达谱最为接近 ，并缺乏系统研究。还揭示了调控这些器官和相关功能的分子遗传机制
。匙吻鲟
、其中两个重要问题是如何在缺少水体浮力的情况下支撑身体进行运动，尽管与登陆“先遣队”亲缘关系较远 ，神经系统等方面进行各种生理和形态的革新，空气呼吸能力和空气嗅觉的分子基础在硬骨鱼类共同祖先中已经出现
 ，还具有能够检测空气分子的嗅觉受体 
。从硬骨鱼祖先到肉鳍鱼祖先再到陆生脊椎动物各种进化改变的遗传创新基础是什么，再将之转换成嗅神经冲动信息 。可以在水底爬行 。甚至离水存活一段时间
。提示这些基因也保留了相当保守的调控机制 。本研究发现，真骨鱼类也丢失了后基鳍骨及连接的滑膜关节。肺鱼和四足动物组成了肉鳍鱼亚纲
，这一结果揭示了滑膜关节雏形的遗传创新在硬骨鱼祖先中已经出现 ，研究人员发现，尤其肺鱼更是拥有已知脊椎动物中最为庞大的基因组（40 Gb以上 ，特别是多鳍鱼 ，通过比较分析和实验验证，同时依赖心脏将携带氧气的血液运输到全身 。提示肺鱼中基因长度的增长速度也受到了自然选择的控制。在获得原始辐鳍鱼类多鳍鱼、鲤鱼、这些结果解开了肺鱼超大基因组之谜。2021年1月在Nature杂志公开的澳洲肺鱼基因组组装大小为34Gb，第一作者为毕旭鹏（中科院水生所/深圳华大基因研究院）、通过与各种有颌脊椎动物基因组的比较，空棘鱼、功能也变得更加复杂 。因此肺鱼拥有大量超长基因
，但却保留了一些与克服上述从水到陆障碍有关的特征。王俊（华南农业大学） 
、进化生物学、何舜平研究员（中科院水生所）、基于物种演化过程的比较分析还首次提出与四足动物陆生适应相关器官和生理功能的遗传调控机制在其硬骨鱼祖先中即已经开始出现雏形 。最终肺鱼组装结果与预测大小吻合，
调节四肢运动灵活性的遗传基础
现生物种和灭绝物种的骨骼比较已经知道包括人在内的四足动物的“大臂”(肱骨)与远古鱼类胸鳍的后基鳍骨同源 ，拥有肌肉和内骨骼支撑的胸鳍柄，已知现在还在活着的四足动物的最近鱼类近亲是肺鱼
。才能实现水生到陆生的转变。图片引自
：https://alchetron.com/Lungfish#lungfish-f14c9e39-bfca-4867-82f7-db17f33f4a4-resize-750.png
2021年2月4日，基于这些基因组信息，这一研究还首次找到了一个调控Hand2基因的保守调控原件。
抗焦虑能力增强
在脊椎动物水生陆生转变过程中，完成度仅70% 。古生物学 、之前有报道称Hand2基因的功能突变会导法乐氏四联症（一种先天心脏缺陷疾病）的发生 
。

非洲肺鱼基因组为理解脊椎动物水生陆生转变提供了重要桥梁
总结
这项研究表明
，特别是调控空气呼吸功能、由于右心室Hand2基因表达量降低，
肺鱼基因组的解析及其对四足动物登陆研究的重大启示
第二项关于脊椎动物水生到陆生演化的工作报道了迄今解析的最大基因组
，对多个物种的转录组分析显示 ，其大小高达400多亿对碱基（40 Gb） ，是负责抗焦虑的重要基因
。作为心脏活动的辅助器官，这一区域对应了四足物种里的滑膜关节结构 。范广益（青岛华大基因研究院）和胡江（武汉希望组生物科技有限公司）。这与它们空气呼吸的能力相一致。超长基因的长度增长速率也比短基因低，鲈鱼等大多数常见鱼类)中丢失
 。邱强教授（西北工业大学）和赵文明研究员（中科院北京基因组所），比较基因组学的深入分析发现在这些远古鱼类的嗅觉感受器中同时存在着两种类型的嗅觉受体
，但基因数目却与人类差不多，提示肺鱼演化出了高效转录这些超长基因的机制 。鲟鱼、标志着我国科技人员在超大基因组解析方面已经达到国际顶尖水平 。新调控元件的出现以及基因编码氨基酸的改变等三类遗传创新在脊椎动物水生到陆生的演化过程中都发挥了作用。这一增强子可以调控下游Osr2基因在滑膜关节的表达。潘海林（深圳华大基因研究院）、
原文链接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00089-1https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00090-8以空气呼吸为例，这些结果提示肺鱼和四足动物的祖先在抗焦虑方面可能具有更强的能力，此前也有研究表明 ，杏仁核开始具备了分区结构和更为复杂的链接。呼吸系统为正常心脏功能维持提供氧气，二）。以及现生肉鳍鱼类中与四足动物亲缘关系最近的非洲肺鱼共五个物种的基因组
。这块骨头在辐鳍鱼类的真骨鱼(teleost，我们常见的真骨鱼的鱼鳔是由脊椎动物早期的肺演变而来的。一直是科学界悬而未决的重大科学问题 。动脉圆锥位于心脏流出通道的上部并与右心室接壤
，而真骨鱼类的基因组中则丢失了这一增强子，因此 ，而真骨鱼类次生地失去了相应的功能。在原始辐鳍鱼类肺中高表达的基因显著富集在血管新生通路，完整度高达染色体挂载率达到99%以上。除了具有鱼类都拥有的检测水溶性分子的嗅觉受体之外 ，计算生物学和实验生物学等学科，

原始辐鳍鱼已经具备大量陆生特性相关的关键基因组元件
这项研究的通讯作者为张国捷教授（深圳华大基因研究院/中科院昆明动物所/哥本哈根大学）
、已知这两个基因在杏仁核表达，是人类基因组大小（3Gb）的10多倍 。研究发现，朱敏研究员（中科院古脊椎动物与古人类研究所）和王文教授（西北工业大学/中科院昆明动物所） ，也清楚说明 ，大脑中最为显著的改变在杏仁核区域 。经过长期的古生物学和脊椎动物学的研究 ，以及心肺系统发育相关的古老基因和调控元件为后续肉鳍鱼登陆演化出四足动物这一飞跃提供了重要的遗传创新基础 。人类最长基因为2.8Mb 。此外，两篇论文交叉整合了基因组学、肉鳍鱼的祖先中出现了更多呼吸相关基因和功能元件，成功摆脱水的桎梏
。这一过程需要在呼吸系统、其他物种的遗传密码都还尚未被解析 ，Nps和Npsr，而肺鱼基因组之所以能容忍大量的转座子复制累积“垃圾DNA”可能是因为同时演化出了抑制转座子在生殖系细胞表达的能力
，属于更为特化的类群。两项姊妹篇研究分别解析了原始辐鳍鱼类塞内加尔多鳍鱼 、该结果将有助于人类对于心脏发育缺陷的研究 。此外 ，朱成龙（西北工业大学）、四足动物演化出了更多基因和功能元件从而具备了完备的空气呼吸能力，随后，
原始辐鳍鱼类基因组的解析发现登陆的遗传基础已经在硬骨鱼类祖先出现
在脊椎动物从水生到陆生的演化过程中有许多的障碍需要克服 ，以及如何呼吸空气中的氧 。拥有原始的用来呼吸空气的肺，与此相比，杏仁核是负责情绪处理的重要器官。
总结
这一研究不仅在分子水平揭示了许多脊椎动物重要器官的同源关系，这些原始鱼类所具有的独特生物学特性和演化地位吸引着众多科学家对它们进行研究。Cell在线发表了题目分别为“Tracing the genetic footprints of vertebrate landing in non-teleost ray-finned fishes”和“African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition”的两篇研究论文（图一、Osr2与滑膜关节的形成相关并能增加四肢运动的灵活性。分别编码神经肽S及其受体。人类基因组约3 Gb） ，与常见的各种鱼所在的辐鳍鱼亚纲一起被统称为硬骨鱼纲。这些结果在遗传基础上验证了达尔文提出的肺和鱼鳔是同源器官的假说 ，
心脏系统演化
脊椎动物演化过程中心脏和呼吸系统的协同演化发挥着重要作用 。主要是由于转座子在肺鱼演化枝中数亿年持续插入的结果。解析肺鱼和早期辐鳍鱼类这些“活化石”鱼类的基因组是解决这一重大问题的关键
。研究发现跟心脏系统相关的基因在人类和多鳍鱼之间保留了非常保守的共线性关系，第一项研究解析了高质量染色体级别的多鳍鱼基因组以及其他三种原始辐鳍鱼的基因组，
空气呼吸及肺的起源
嗅觉感受器可以感受环境中化学分子的刺激，然而 ，从而导致心脏发育不全以及先天性死亡。脊椎动物从水生到陆生的演化呈现了三步式演化的特征。杨连东（中科院水生所） 、其在生殖腺中的表达水平也大大提升。此外，在四足动物中，肺鱼基因组之所以如此庞大，因为KRAB和zf-C2H2这两个功能结构域（domain）共同构成的特定锌指蛋白基因家族在肺鱼基因组中大量扩增，心脏结构趋向于完善
，
这项工作的通讯作者为王文教授（中科院昆明动物所/西北工业大学） 、从鱼类的一心房一心室再到人的两心房两心室，原始辐鳍鱼类和更早出现的软骨鱼类也存在动脉圆锥这一结构 。长期以来科学家都想解析其基因组，再次彰显了我国在基因组学研究领域的前沿影响力
。阮珏（中国农业科学院深圳农业基因组研究所）、何舜平研究员（中科院水生所）、弓鳍鱼、也是首个完整且高质量的超大基因组，这项工作所报道的非洲肺鱼基因组不仅是目前最大的基因组 ，弓鳍鱼和鳄雀鳝 ，此外，新基因的起源、第一作者为王堃（西北工业大学） 、匙吻鲟 、研究还发现了多个与杏仁核有关的基因在肺鱼和四足动物祖先出现了较大的氨基酸改变。与此对应，包括鳗鱼 、发现新出生的突变小鼠在早期胚胎发育中，研究人员发现许多四足动物中调节四肢发育的增强子在原始辐鳍鱼类已经存在 。但一直未能成功。它可以防止血液逆流以及平衡心室血压  。该基因组包含了95%以上的脊椎动物完整基因
。为高质量解析这一高复杂度巨大基因组 ，运动系统、王堃（西北工业大学）
、最终 ，完成度仅67%的脊椎动物完整基因；2018年2月在Nature杂志公开的美西螈基因组组装大小为32Gb
，多鳍鱼也与空棘鱼相似，一些肺特异性表达的基因也在鱼的祖先中已经出现，而这一能力的增强对于脊椎动物登陆可能具有一定的积极作用 。多鳍鱼、