近日，广州海洋实验室海洋生物演化与保护团队在国际知名期刊BMC Biology在线发表研究论文“Pygmy sperm whale multi-omics data reveal hypoxia adaptations in deep-diving cetaceans”。该论文由广州海洋实验室科研骨干郭伟健（已出站博士后）和博士生陈奕廷为共同第一作者，周文良研究员与魏辅文院士为共同通讯作者。该研究以小抹香鲸（Kogia breviceps）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。

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。本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。

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。

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。

该研究得到国家重点研发计划（2022YFF1301601）、国家自然科学基金（32222014，32300359）、广东省科学技术厅（2021QN02H103）、广东省林业局（SLYJ2023B4005）、广东南澎列岛海洋生物多样性野外科学观测研究站（2025B1212050002）、广州市科技局（2023A04J0771）以及广州海洋实验室 PI 项目（GML2020GD0804，GML2022GD0804）的共同资助。

论文链接：Guo, W., Chen, Y., Fan, H. et al. Pygmy sperm whale multi-omics data reveal hypoxia adaptations in deep-diving cetaceans. BMC Biol (2025). https://doi.org/10.1186/s12915-025-02495-2

图1 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

图2 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