图1 AANAT综述在Frontiers in Genetics上发表
华大海洋研究院助理院长黄玉博士、博士生李佳（比利时根特大学）为论文并列第一作者，研究院院长石琼院士和黄玉博士为共同通讯作者。本研究受深圳市科创委及大鹏新区经服局专项课题资助。
论文的主要内容简介
AANAT是一种多功能酶，主要催化芳香烷基胺，包括苯乙胺（多巴胺等）和吲哚乙胺（5-羟色胺等；图2A）。在褪黑素生物合成过程中，AANAT是关键的限速酶，可将5-羟色胺转化为N-乙酰5-羟色胺（图2C）。褪黑素最初是从牛的松果体中分离出来的，随后在人和其它脊椎动物（包括鱼类）中也有发现，同时还在无脊椎动物、植物、真菌、细菌等生物体中也广泛存在，虽然在各类群中执行的功能会有所不同。
前期，通过比较基因组学分析，我们发现鱼类中普遍存在3个可以编码AANAT的基因，分别命名为aanat1a、aanat1b和aanat2（图3）；而四足动物（包括人）却只有1个[2]。本综述整合前期发现成果，探讨造成鱼类多个拷贝的深层次原因，并详细总结鱼类aanat在基因序列、蛋白序列、三维结构、组织分布、表达模式、分子进化、生物功能等多个层面的差异。
图2 AANAT的催化作用及鱼类中褪黑素合成通路[1,2]
图3 aanat基因在鱼类等脊椎动物中的进化[1]
近几年来，华大海洋一直致力于褪黑素及其合成酶系的比较基因组学及功能多样性研究，并且取得了系列成果。该论文也重点对这些成果进行了综述，这是我们撰写这篇论文的初衷和基础。
图4鱼类AANAT及褪黑素的功能多样性[3-5,10]
早在1994年，攻读博士学位的石琼就已开始了褪黑素对黄鳝（图4B）性转变作用的研究，有关系列成果总结在其2005年发表的一篇英文综述[3]。1999年，石琼博士东渡日本，于北海道大学研究褪黑素在鲑科鱼类生殖洄游中的作用，发现褪黑素变化与大麻哈鱼（图4A）在春季的降海洄游相关。利用实时定量PCR技术证实，大麻哈鱼眼睛和大脑中aanat与褪黑素受体的mRNA水平都升高到峰值[4]。暗示着春天来了（后续的光照周期延长），幼鱼该向海洋迁徙[1]。
2014年，课题组在Nature Communications上发表了四种弹涂鱼的全基因组序列，重点解析两栖弹涂鱼（图4C）的陆生适应性进化[5]。通过比较代表性大弹涂鱼（多数时间生活在水中）和大鳍弹涂鱼（更多时间生活在陆地上）的基因组数据，发现为了适应陆生环境，两栖弹涂鱼的一些视觉相关基因发生突变或丢失。有意思的是，大弹涂鱼与其它只生活在水里的鱼类一样，有3个aanat基因；而陆生习性强的大鳍弹涂鱼却丢失了aanat1a基因，只保留aanat1b和aanat2[5]，这样可能导致视网膜中多巴胺水平升高（图2A），以实现空气视觉的选择优势，从而能够在陆地上实现长时间生活[6,7]。
2016年，课题组与中科院昆明动物所在BMC Biology上联合发表了三种金线鲃全基因组数据，包括地表种滇池金线鲃、半洞穴种犀角金线鲃和洞穴种安水金线鲃（图4D）[8]，它们是金线鲃类进入洞穴生活的三个关键节点代表种。为适应洞穴的黑暗环境，安水金线鲃眼睛极度退化，基因组数据也显示出虽然aanat能正常编码，但另外一个褪黑素合成酶aaad基因（图2C）却出现了提前终止，从而无法编码正常的功能蛋白，这与盲眼洞穴鱼墨西哥脂鲤如出一辙。可以推测褪黑素合成酶系基因功能缺失，从而导致褪黑素合成障碍，进而出现部分生物节律减弱或消失，更能适应洞穴黑暗环境[8]。
此外，褪黑素及其合成酶系在黑暗环境适应方面的作用还反映在深海鱼类的基因组中。2019年，中科院武汉水生所公布马里亚纳深海狮子鱼基因组[9]；2021年，我们与福建农林大学合作在PLOS Genetics上联合发表了雅浦海沟狮子鱼（生活在6900米深海处；图4E）全基因组[10]，通过比较发现：这两种深海狮子鱼的aanat2基因均发生了移码突变，导致该基因编码发生错误，进而可能出现褪黑素合成通路受阻[10,11]。由此可见，AANAT及褪黑素与一些鱼类的视觉退化、洞穴或深海这类无光环境的适应密切相关[1,11]。
总之，鱼类AANAT（主要通过褪黑素）可发挥多方面的生理功能[1,2]，特别在季节性洄游（包括生殖洄游[4]）、两栖视觉改变[5,6]、洞穴或深海适应[8,10]等特殊活动中。
华大海洋的前期相关研究
除AANAT外，课题组还综合研究了鱼类褪黑素合成通路上的其它酶，包括TPH（色氨酸羟化酶）[12]、AAAD（L-芳香氨基酸脱羧酶）[13]和ASMT（乙酰5-羟色胺O-甲基转移酶）[14]，以及褪黑素受体（MTNR）[15]、AANAT的重要伴侣蛋白14-3-3家族[16]等等，在鱼类褪黑素研究领域形成了系统性成果。
参考文献
[1]Huang Y.et al.Frontiers in Genetics,2022,13:820442.
[2]Li J.et al.International Journal of Molecular Sciences,2016,17(1):51.
[3]Shi Q.et al.Reviews in Fish Biology and Fisheries,2005,15:23-36.
[4]Shi Q.et al.General and Comparative Endocrinology,2004,136:311-321.
[5]You X.et al.Nature Communications,2014,5:5594.
[6]游欣欣等，海洋渔业，2015，37(5):479-484。
[7]You X.et al.Animals,2018,8(2):24.
[8]Yang J.et al.BMC Biology,2016,14:1.
[9]Wang K.et al.Nature Ecology and Evolution,2019,3:823-833.
[10]Mu Y.et al.PLOS Genetics,2021,17:e1009530.
[11]Lv Y.et al.Frontiers in Molecular Biosciences,2020,7(1):11.
[12]Xu J.et al.Genes,2019,10(3):203.
[13]Li Y.et al.Molecules,2018,23(4):917.
[14]Zhang K.et al.Molecules,2017,22(10):1653.
[15]Li Y.et al.Gene,2021,769:145256.
[16]Zhang K.et al.Gene,2021,791:145721.
