南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）海洋生物演化与保护团队以小抹香鲸为深潜鲸类代表，构建染色体水平参考基因组并结合心脏与骨骼肌单细胞核转录组等多组学数据，系统揭示了深潜鲸类在长时间屏气下低氧耐受的分子与细胞基础。近日，相关成果在线发表于《BMC生物学》（BMC Biology）。

论文共同通讯作者分别为南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）研究员周文良、中国科学院院士魏辅文。周文良指出，该研究通过多组学整合分析，为低氧耐受这一复杂性状提供了从基因组到细胞层面的解释框架。

比较基因组学与单细胞核转录组分析揭示深潜鲸类适应性演化特征。研究团队供图，下同

深潜鲸类能够在潜水过程中长时间屏气，同时维持心脏泵血、肌肉运动与整体生理稳态。以往研究多从生理层面揭示了深潜过程中的心率变化、血流重分配等现象，但驱动这些表型的遗传基础以及不同组织/细胞类型的协同机制仍缺乏系统性的多组学证据链。

在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，研究团队完成了小抹香鲸高质量染色体级别基因组组装，并对多个鲸类物种进行比较基因组学分析；同时，对小抹香鲸与其陆生近缘物种（牛）的心脏与骨骼肌单细胞核转录组数据进行系统比较，从细胞组成与部分细胞类型差异表达基因两条主线解析深潜鲸类低氧耐受的分子与细胞基础。

研究结果显示，深潜鲸类在多个关键生理模块上形成协同适应策略，适应信号主要集中在HIF-1低氧通路、线粒体电子传递链、糖酵解、脂肪酸分解代谢以及心肌功能相关调控等环节。相关基因及非编码调控元件在演化与细胞基因表达层面均呈现出与低氧耐受相一致的适应性特征。

深潜鲸类在长时间屏气下心脏与骨骼肌的协同适应机制示意图。

该研究从遗传到细胞层面系统阐释了深潜鲸类低氧耐受的分子与细胞基础，突出显示多模块协同演化在极端环境适应中的重要作用。相关成果不仅为深潜鲸类低氧耐受研究提供了新的多组学证据链，也为理解哺乳动物在低氧胁迫下的生存策略提供了重要参考。

相关论文信息：https://doi.org/10.1186/s12915-025-02495-2