一个怀孕的雄海马结构示意图。图片来自Nature网站。

12月15日，由中国科学院南海海洋研究所、德国康斯坦茨大学、华大基因和新加坡A*STAR研究院共同组成的研究小组，联合破译了虎尾海马（Hippocampus comes）的全基因组，有关研究成果以封面文章的形式发表在Nature杂志上。

海马隶属于海龙科。与其他硬骨鱼不同，海马呈现高度特殊的形态，例如头部前方具有管状长嘴，无腹鳍和尾鳍，尾端卷曲，全身覆盖硬骨骼，没有鳞片等。另一个特殊的点在于其雄性育儿及性别角色逆转，即雌性海马将卵子放入雄性海马的育儿袋中，雄性海马通过育儿袋孵化胚胎直到分娩。

为什么海马是“爸爸”生的？为了探索海马特殊的形态及繁殖方式背后的遗传基础，研究小组针对虎尾海马进行全基因组测序并与其他辐鳍鱼进行比较分析。

雄性育儿在海马和海龙中是一种独特的进化机制。研究人员分析了虾红素金属蛋白酶中的C6AST基因家族，包括孵化酶、高绒毛膜酶及低绒毛膜酶，它们能够引起卵膜溶解，与鱼类的胚胎孵化相关。在虎尾海马中，研究人员共找到六个虾红素基因，与其他硬骨鱼相比发生了显著扩张，其中有五个虾红素基因在怀孕中期及后期的雄性海马育儿袋中高度表达，因此推测它们可能与海马特殊的繁殖方式有关。

研究发现，在已测定全基因组的硬骨鱼中，海马的进化速率是最快的。虽然有关机制还不太清楚，但是较高的进化速率会促进具有新功能及更高效蛋白的海马的出现，这些进化可能与其特殊的体型有关。另外，和斑马鱼等其他硬骨鱼相比，海马丢失了大量的顺式调控元件，这些缺失可能在海马的演化革新中发挥重要作用。

Tbx4基因是决定肢体发育的重要基因。通过比较基因组分析，研究人员发现海马基因组中丢失了Tbx4基因，推测海马腹鳍的缺失可能与此相关。为了验证这个推测，研究人员在斑马鱼中进行基因敲除实验，结果发现敲除Tbx4基因的斑马鱼真的没有腹鳍。将单个基因的基因型和表型明确地联系起来，是这篇文章的一大亮点。

论文并列第一作者徐猛、杨玉兰，来自华大基因股份有限公司，负责基因组的组装、注释和比较分析工作；担当并列通讯作者的石琼研究员，是华大水产的副总经理兼首席科学家，其在五年前与中科院南海所的林强研究员以及新加坡A*STAR的Byrappa Venkatesh教授联合启动了海马基因组计划。

据悉，鉴于海马的重要药用价值和整体濒危状态，目前联合小组还完成了另外一种重要养殖型海马（线纹海马）的基因组工作，旨在促进海马多个物种的人工繁育和生态保护工作。