近日，由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所聯(lián)合青島華大基因研究院、德國阿爾弗雷德.魏格納研究所、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織等機(jī)構(gòu)組建的國際研究團(tuán)隊(duì)，在國際上完成了迄今為止最大動(dòng)物基因組參考序列——南極磷蝦基因組組裝，并揭示了南極磷蝦適應(yīng)極端環(huán)境和群體歷史演化的分子基礎(chǔ)，為南極磷蝦資源的合理開發(fā)利用提供了重要理論依據(jù)。
南極磷蝦 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所供圖
3月2日，國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（《Cell》）以“巨大高重復(fù)基因組圖譜繪制揭示了南極磷蝦環(huán)境適應(yīng)機(jī)制及其群體演化歷史”為題，在線發(fā)表了該研究成果。
cell官網(wǎng)截圖 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所供圖
據(jù)悉，這是我國海洋漁業(yè)領(lǐng)域發(fā)表的第一篇《細(xì)胞》（《Cell》）主刊論文，也使得我國在南極磷蝦資源乃至極地生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域步入國際領(lǐng)先序列。
3月3日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所、青島華大基因研究院聯(lián)合舉行南極磷蝦研究成果發(fā)布會(huì)，文章共同第一作者兼通訊作者、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所基因組室主任邵長偉介紹，南極磷蝦基因組非常大，約為人類基因組的16倍，且具有高重復(fù)的特征，基因組組裝是阻礙該物種組學(xué)研究突破的最大挑戰(zhàn)。
本研究構(gòu)建了約48GB的南極磷蝦基因組序列，這是迄今為止最大的動(dòng)物基因組參考序列，比已發(fā)表的超大基因組非洲肺魚和澳大利亞肺魚大20%-30%。研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦重復(fù)序列含量高達(dá)92.45%，這源于南極磷蝦基因組重復(fù)序列的兩次爆發(fā)式擴(kuò)張。
結(jié)合全長轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究人員對(duì)南極磷蝦應(yīng)對(duì)極晝極夜等極端環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)行了研究。通過與果蠅和哺乳動(dòng)物比較發(fā)現(xiàn)，雙反饋回路中的關(guān)鍵基因沒有缺失，而部分基因在夏季和冬季顯示出不同的表達(dá)水平，表明南極磷蝦已經(jīng)進(jìn)化出由晝夜節(jié)律系統(tǒng)控制的身體適應(yīng)和行為模式。在磷蝦基因組中鑒定到25個(gè)顯著擴(kuò)張的基因家族中，有12個(gè)與南極磷蝦蛻殼或能量代謝相關(guān)，這表明南極磷蝦的相關(guān)基因?yàn)槠溥m應(yīng)極地特殊環(huán)境奠定了遺傳基礎(chǔ)。
研究團(tuán)隊(duì)在南冰洋的4個(gè)南極磷蝦生物量較高的區(qū)域采集了75只，進(jìn)行了群體遺傳學(xué)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然分布在不同的區(qū)域，但南極磷蝦的遺傳序列組成沒有明顯區(qū)別，這就意味著不同地域群體之間沒有實(shí)質(zhì)性差異。但是，南極磷蝦的遺傳分化仍會(huì)受其所在環(huán)境的影響。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，上述研究發(fā)現(xiàn)為海洋生物極端環(huán)境適應(yīng)機(jī)制及其群體演化的深入解析提供了新的理論參考，也為南極磷蝦漁業(yè)資源的管理提供了理論依據(jù)，對(duì)于培育我國南極磷蝦這一海洋生物資源開發(fā)利用新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)、深度參與極地漁業(yè)國際治理具有重大意義。
邵長偉表示：“本研究不僅破譯了南極磷蝦的基因組序列，還分析了其重要性狀的分子機(jī)制，包括生長、繁殖、能量代謝以及極端環(huán)境適應(yīng)性等，為我們深入了解南極磷蝦提供了基礎(chǔ)，也為南極磷蝦資源合理開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。”
文章共同通訊作者、青島華大基因研究院主任科學(xué)家范廣益表示：“南極磷蝦作為整個(gè)南極食物鏈的重要一環(huán)，其基因組的破譯不僅有利于我們從分子層面更深入地了解這個(gè)重要物種以及整個(gè)南極生態(tài)系統(tǒng)，更有望對(duì)南極漁業(yè)和生態(tài)資源的可持續(xù)發(fā)展提供助力。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.005
