2021年，捷克查理大学、澳大利亚昆士兰大学与德国蒂嫩渔业生态研究所的联合团队，依托2015、2017与2020年在大西洋马尾藻海开展的三次渔业调查，使用德国HYDRO-BIOS公司的IKMT艾萨克-基德中层拖网（网口面积6.2 m²、网孔0.5 mm）在0—300 m水层采集深海鱼幼体，并结合成体样品、视网膜转录组与全基因组分析，在8个目、20种深海鱼中揭示了一条保守的"视锥→视杆"发育转换路径：幼体几乎只表达中波长敏感的绿色视锥视蛋白，而成体则以暗视觉的视杆视蛋白为主。相关成果于2021年发表于《Molecular Biology and Evolution》。
研究背景
脊椎动物视觉由两类感光细胞承担：视锥细胞负责明视觉与色觉，视杆细胞负责暗视觉。许多深海鱼成年后视网膜仅剩视杆细胞以最大化捕获光子，但基因组中仍保留视锥相关基因。深海鱼并非一生都在深处度过：幼体阶段起始于光照充足的浅层（0—200 m），随后才下沉，必须在发育过程中应对差异巨大的光强与光谱环境。
在浅水鱼类中，视觉系统的发育遵循相对保守的分子顺序：先激活视锥相关基因，之后才启动视杆通路。但这一模式是否适用于成年后几乎只保留视杆的深海鱼，此前并不清楚。原因之一是研究材料稀缺：深海鱼幼体采集困难，相关研究多只涉及个别物种。要回答"深海鱼是否也遵循视锥先发育"，既需要覆盖面广的样品，也需在幼体所处的浅层精确采集，这对网具的开口尺寸与网孔规格提出明确要求：开口要足够大以保证采获效率，网孔要足够细以保住细小幼体。
研究过程
样品采集于大西洋马尾藻海，来自德国蒂嫩渔业生态研究所三次多用途渔业调查：2015年3至4月的"玛丽亚·S·梅里安"号航次，以及2017年与2020年的"瓦尔特·赫尔维希三世"号航次。成体样品在昼夜不同时段、于600—1000 m水深以一张中层拖网采集，该网开口约30×20 m、长145 m，网孔逐级递减至网囊的1.5 cm。成体鱼采集后立即以−80 ℃速冻，并取鳍条保存于96%乙醇中。
幼体样品主要在0—300 m水层采集，使用的是德国HYDRO-BIOS公司的IKMT艾萨克-基德中层拖网，网口面积6.2 m²、网孔0.5 mm，以双斜（double-oblique）断面拖网方式作业。该网兼具大开口与细网孔：大开口有助于在广阔的中上层水域高效捕获密度不高的幼体，0.5 mm网孔则可防止幼体滤漏。幼体样品以RNAlater溶液固定，于−80 ℃保存。研究共涵盖8个目、20种深海鱼，其中10种兼有幼体与成体样品，为比较发育差异提供基础。
实验室分析包括三部分：一是从鳍条提取基因组DNA，对5种深海鱼（4种为本研究新测序）进行全基因组测序，解析视蛋白基因库；二是从整眼提取总RNA，在Illumina平台以150 bp双端测序获得视网膜转录组，并纳入此前发表的11份转录组一并再分析；三是比对视蛋白基因——紫外敏感的SWS1、蓝色敏感SWS2、绿色敏感RH2、红色敏感LWS与视杆RH1（视紫红质），统计其在幼体与成体视网膜中的表达比例。
图1. 德国HYDRO-BIOS公司IKMT艾萨克-基德中层拖网
图2. 20种深海鱼幼体与成体的视锥、视杆视蛋白基因表达比例（改编自 Lupše 等 2021，图1）
实验结果
1. 深海鱼的视蛋白基因库高度精简。 全基因组分析显示，五个受检物种均只保留1—2个视杆视蛋白RH1拷贝与1—7个绿色视锥视蛋白RH2拷贝；其余视锥视蛋白类别（SWS1、SWS2以及多数LWS）已大多在演化中丢失，与紫外、红光在水体中率先被滤除而中波长穿透更深的环境相符。
2. 幼体几乎只表达绿色视锥视蛋白。 基于视网膜转录组，幼体呈现纯视锥或以视锥为主的表达谱，几乎只表达RH2；而成体则呈纯视杆或以视杆为主，主要依赖RH1。个别成体与幼体还分别表达多个RH1、RH2拷贝。
3. 光转导级联基因呈现相同的发育顺序。 视锥与视杆的光转导级联基因也遵循"先视锥、后视杆"的模式，与视蛋白表达变化一致，表明这是视网膜整体层面的发育转换，而非单一基因切换。
4. 若干类群存在例外与种间差异。 在灯笼鱼目的珠眼鱼与帆蜥鱼中，视锥级联在整个发育中始终占主导，使其感光细胞"身份"仍存疑问；不同物种的RH2拷贝数与表达组合也差异明显。
5. 支持脊椎动物保守发育模式。 综合基因组与转录组证据，深海鱼遵循"视锥先出现、视杆后期加入"的保守路径，RH2是最重要、往往也是唯一的视锥视蛋白基因。
图3. 深海鱼RH1与RH2视蛋白基因的基因树及多拷贝分布（改编自 Lupše 等 2021，图3）
研究结论
这项跨8个目、20种深海鱼的研究，为深海鱼视觉系统的发育与演化提供了分子证据：其视觉视蛋白基因库高度受限，以RH2绿色视锥与RH1视杆为核心；发育上遵循脊椎动物"先视锥、后视杆"的保守顺序，幼体先在浅层借助绿色视锥视蛋白感知环境，下沉后才转向以视杆为主的暗视觉。该结果既说明深海视觉的趋同适应，也提示幼体阶段的光环境对其早期生存可能具有关键意义。
德国HYDRO-BIOS公司的IKMT艾萨克-基德中层拖网为获取深海鱼幼体提供了可靠手段。它以6.2 m²的大网口和0.5 mm的细网孔，兼顾采获效率与幼体保全，可在0—300 m水层通过双斜拖网稳定取得发育各阶段的样品，使幼体与成体的比较研究得以实现；该网结构简单、拖曳稳定，配合规范保存流程，可最大限度保留幼体RNA质量，满足转录组分析需求。HYDRO-BIOS提供多种网口规格的IKMT网（如2 m²、7 m²等），可按调查海域与目标生物灵活选型，是海洋鱼类早期生活史与深海生态研究的常用装备。
参考文献
Lupše, N., Cortesi, F., Freese, M., Marohn, L., Pohlmann, J.-D., Wysujack, K., Hanel, R., Musilova, Z. Visual Gene Expression Reveals a cone-to-rod Developmental Progression in Deep-Sea Fishes. Molecular Biology and Evolution 38: 5664–5677 (2021). https://doi.org/10.1093/molbev/msab281
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