强紫外线辐射是青藏高原极端环境特征之一,高原生物如何适应青藏高原极端环境一直是多学科研究热点。目前关于高原生物对强紫外线辐射的适应性研究多集中于陆生动物,而有关高原鱼类等水生动物如何适应强紫外线辐射的研究还未见报道。在开展青藏高原水域环境调查中,我们发现高原河流湖泊等浅水区域的紫外线辐射强度相对较高,而这些区域是高原鳅属鱼类以及裂腹鱼仔稚鱼的重要栖息场所。那么高原鱼类是如何适应强紫外线辐射的呢?为了解析这一重要又有趣的科学问题,本研究选择青藏高原土著鱼类西藏高原鳅（Triplophysa tibetana）为研究对象,同时选择外来种泥鳅（Misgurnus anguillicaudatus）作为参照,基于西藏高原鳅全基因组开展了比较基因组学研究,以期阐明高原鱼类对强紫外线辐射环境的适应机制。本研究主要结果如下:1、利用PacBio和Hi-C技术对西藏高原鳅全基因组进行测序和从头组装本研究应用了PacBio测序和Hi-C技术组装了西藏高原鳅的基因组。西藏高原鳅基因组大小为652 Mb,组装得到1,325个contig,将1,137个contig进一步挂载到了25条染色体上。总共在基因组中预测了24,372个蛋白质编码基因,其中约95%的基因通过公共数据库搜索进行了功能注释。本研究获得了高原鳅属鱼类的第一个染色体水平的基因组资源,为进一步探究高原鱼类的环境适应性奠定了基础。2、基于比较基因组学研究西藏高原鳅对强紫外线辐射环境的适应性进化本研究基于青藏高原土著鱼类西藏高原鳅的全基因组,同分布于高原、高原洞穴、平原、平原洞穴、海洋、深海等不同区域的鱼类全基因组进行比较分析。结果表明,在西藏高原鳅和12种不同水体分布的鱼类中共鉴定到616对单拷贝直系同源基因。进一步分析发现,西藏高原鳅ASP基因的CDS相对于安水金线鲃和犀角金线鲃的ASP基因的CDS坐标在200-249位置发生了50个碱基的缺失,从而导致该基因发生移码突变。西藏高原鳅扩张的基因家族主要富集到和染色体稳定性、DNA稳定性相关的GO条目中,以及与疾病、免疫相关的KEGG通路中。选择压力分析结果表明,西藏高原鳅相对于斑马鱼和泥鳅受到正向选择的基因中分别有1个和4个参与到DNA修复、抗紫外线辐射的生物学过程。此外,具有不同紫外线辐射生境的鱼类在适应强紫外线辐射环境时,DNA损伤修复相关基因发生了趋同进化。比较基因组学分析结果阐明了不同鱼类对强紫外线辐射环境存在不同的适应机制,其中西藏高原鳅对紫外线辐射的适应性进化策略有三种:（1）增强染色体和DNA的稳定性,降低紫外线辐射诱导的损伤;（2）减少对黑色素合成的抑制,进而产生更多的黑色素来增强防御功能;（3）增强DNA重组修复能力,及时修复损伤的DNA。3、青藏高原外来种泥鳅对强紫外线辐射环境的适应机制研究本研究基于RNA-seq技术对入侵到西藏茶巴朗湿地的外来种泥鳅和栖息在平原的泥鳅的背部皮肤和腹膜组织进行了转录组测序和比较转录组学分析。结果显示,在高原外来种泥鳅和平原泥鳅的背部皮肤间有1,710个差异表达基因,在腹膜间有9,598个差异表达基因,这说明腹膜对高原环境能够作出更灵敏的应答。高原外来种泥鳅和平原泥鳅背部皮肤间的差异表达基因显著富集到与色素细胞相关的代谢通路中,其中与黑色素合成相关的基因在高原外来种泥鳅背部皮肤中的表达量显著高于平原泥鳅（P＜0.05）;此外,腹膜间的差异表达基因则显著富集到与色素沉积及DNA修复系统相关的代谢通路中。研究结果表明青藏高原外来种泥鳅在响应强紫外线辐射时背部皮肤和腹膜可以通过调控黑色素合成相关基因的表达来进行光保护,从而减少紫外线辐射对机体产生的损伤,这与西藏高原鳅通过增加黑色素的合成来适应强紫外线辐射的分子机制相一致。4、人工模拟的UVB辐射对西藏高原鳅的影响及其响应机制研究进一步对西藏高原鳅进行人工模拟的环境剂量的UVB辐射,对UVB辐射过程中以及黑暗条件下恢复过程中的背部皮肤进行组织学观察,并通过荧光定量PCR技术分析了西藏高原鳅背部皮肤中与DNA修复及色素沉积相关基因的时相表达模式。组织学结果显示,西藏高原鳅经UVB照射6 h时,背部皮肤中粘液细胞数量明显减少,表皮细胞出现肥大、增生,表皮层有细胞坏死、脱落,真皮层中黑色素细胞增多等现象;UVB照射结束后在黑暗中恢复24 h,背部皮肤的组织结构及黑色素细胞的分布恢复到与UVB照射前一样。基因表达分析结果显示,细胞周期阻滞相关基因表现出p53依赖的表达模式,在UVB照射过程中表达上调,在恢复早期表现出显著下调,然后在恢复后期表达量又显著上调（P＜0.05）;DNA修复相关基因在恢复后期,表达量均上调至最高水平;在UVB照射和恢复的整个过程中,抗凋亡基因BCL-2在每个时间点均表现出下调趋势;此外,与黑色素合成和转运相关的基因在UVB照射过程中以及恢复的后期均显著上调（P＜0.05）,这种表达模式与组织学结果相印证。研究结果表明UVB辐射会对西藏高原鳅的背部皮肤产生损伤,西藏高原鳅会通过激活黑色素的合成、转运以及DNA修复系统相关基因的表达,来增加真皮层中黑色素细胞数量以及增强对损伤DNA的修复,从而实现了机体对强UVB辐射的适应,这验证了前文推测的西藏高原鳅可以通过增加黑色素的合成以及增强DNA损伤修复能力来适应青藏高原强紫外线辐射的分子机制。