Nature Communications (April 24) 在線發(fā)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(chǎn)研究所海藻研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院北京生命科學(xué)院、復(fù)旦大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)等單位，在國(guó)家863計(jì)劃課題、國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題及國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃等項(xiàng)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(jìn)化和適應(yīng)的分子機(jī)制，揭示了我國(guó)養(yǎng)殖海帶群體生物多樣性不足的現(xiàn)狀，為大型褐藻種質(zhì)資源研究和利用提供了新的數(shù)據(jù)和啟示。

大型褐藻是溫帶海域近岸最主要的初級(jí)生產(chǎn)力，也是世界上最重要的海洋蔬菜和褐藻膠工業(yè)用海藻，具有重要的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為深入解析褐藻的進(jìn)化歷程和適應(yīng)機(jī)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(hù)的進(jìn)程，黃海所發(fā)起并主持實(shí)施了大型褐藻基因組計(jì)劃。海帶基因組文章的發(fā)表表明該計(jì)劃已經(jīng)取得重要進(jìn)展。

研究團(tuán)隊(duì)獲得了海帶主要栽培品系的高質(zhì)量基因組組裝結(jié)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(gè)蛋白編碼基因。比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)海帶基因組擴(kuò)增主要源于基因家族的擴(kuò)增，海帶與絲狀褐藻水云的祖先獲得1,240個(gè)基因家族，其中與細(xì)胞壁合成、鹵素代謝、發(fā)育與防御有關(guān)的基因家族出現(xiàn)明顯擴(kuò)增。進(jìn)一步的功能分析發(fā)現(xiàn)，褐藻膠合成關(guān)鍵酶甘露糖醛酸C-5差向異構(gòu)酶及鹵素代謝關(guān)鍵酶鹵素過(guò)氧化物酶通過(guò)基因大量復(fù)制實(shí)現(xiàn)其功能分化。

中國(guó)的海帶栽培面積和產(chǎn)量占世界總量的90%以上，直接和間接產(chǎn)值超過(guò)百億元。然而，近年來(lái)我國(guó)乃至世界海帶育種難以取得突破性的進(jìn)展、單產(chǎn)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(chǔ)狹窄，匱乏的種質(zhì)和基因資源成為制約海帶育種研究的關(guān)鍵。研究人員獲得了有代表性的7份養(yǎng)殖海帶和9份野生海帶的高覆蓋度基因組草圖，通過(guò)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(yǎng)殖群體中平均識(shí)別了約0.94M SNVs和96K的小INDELs，從野生群體中平均識(shí)別了約2.27M SNVs和274K的小INDELs。這些遺傳變異位點(diǎn)為后續(xù)的馴化基因選擇及優(yōu)質(zhì)品種選育提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。盡管養(yǎng)殖海帶和野生海帶存在不同程度的基因交流，但中國(guó)養(yǎng)殖海帶主要來(lái)源于日本的同一個(gè)地理群體，養(yǎng)殖品系由于頻繁自交已經(jīng)呈現(xiàn)明顯的退化狀態(tài)。

該論文報(bào)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(jìn)化歷程提供了范例，奠定了解析重要馴化性狀建成、發(fā)掘優(yōu)異基因/標(biāo)記的基礎(chǔ)；同時(shí)，為海帶種質(zhì)資源的保護(hù)、開(kāi)發(fā)、利用和拓寬海帶育成品種遺傳基礎(chǔ)、推進(jìn)海帶新品種培育進(jìn)程提供了信息資源。

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