Nature Communications (April 24) 在線發表了題為“Saccharina genomes provide novel insight into kelp biology”的研究論文，該論文系黃海水產研究所海藻研究團隊與中國科學院北京生命科學院、復旦大學和中國科學院大學等單位，在國家863計劃課題、國家科技支撐計劃課題及國家自然科學基金重大研究計劃等項目資助下合作完成。論文研究解析了大型褐藻—海帶的基因組，闡述了其進化和適應的分子機制，揭示了我國養殖海帶群體生物多樣性不足的現狀，為大型褐藻種質資源研究和利用提供了新的數據和啟示。

大型褐藻是溫帶海域近岸最主要的初級生產力，也是世界上最重要的海洋蔬菜和褐藻膠工業用海藻，具有重要的生態功能和經濟價值。為深入解析褐藻的進化歷程和適應機制，挖掘與利用褐藻重要功能基因，加快分子育種和生物多樣性保護的進程，黃海所發起并主持實施了大型褐藻基因組計劃。海帶基因組文章的發表表明該計劃已經取得重要進展。

研究團隊獲得了海帶主要栽培品系的高質量基因組組裝結果，組裝大小為537 Mb，覆蓋了全基因組序列的98.5%，共有18,733個蛋白編碼基因。比較基因組學分析發現海帶基因組擴增主要源于基因家族的擴增，海帶與絲狀褐藻水云的祖先獲得1,240個基因家族，其中與細胞壁合成、鹵素代謝、發育與防御有關的基因家族出現明顯擴增。進一步的功能分析發現，褐藻膠合成關鍵酶甘露糖醛酸C-5差向異構酶及鹵素代謝關鍵酶鹵素過氧化物酶通過基因大量復制實現其功能分化。

中國的海帶栽培面積和產量占世界總量的90%以上，直接和間接產值超過百億元。然而，近年來我國乃至世界海帶育種難以取得突破性的進展、單產很難大幅提升，主要原因是目前海帶品種的生物多樣性水平低，遺傳基礎狹窄，匱乏的種質和基因資源成為制約海帶育種研究的關鍵。研究人員獲得了有代表性的7份養殖海帶和9份野生海帶的高覆蓋度基因組草圖，通過比較分析，在全基因組水平上全面解析了栽培和野生海帶種間遺傳變異，從養殖群體中平均識別了約0.94M SNVs和96K的小INDELs，從野生群體中平均識別了約2.27M SNVs和274K的小INDELs。這些遺傳變異位點為后續的馴化基因選擇及優質品種選育提供了重要的數據基礎。盡管養殖海帶和野生海帶存在不同程度的基因交流，但中國養殖海帶主要來源于日本的同一個地理群體，養殖品系由于頻繁自交已經呈現明顯的退化狀態。

該論文報道了首例大型褐藻泛基因組研究成果，為研究海帶的遺傳多樣性及進化歷程提供了范例，奠定了解析重要馴化性狀建成、發掘優異基因/標記的基礎；同時，為海帶種質資源的保護、開發、利用和拓寬海帶育成品種遺傳基礎、推進海帶新品種培育進程提供了信息資源。

論文鏈接：

http://www.nature.com/ncomms/2015/150424/ncomms7986/full/ncomms7986.html

（生態室 供稿）