海大團隊國際上首次繪制扇貝基因組精細圖譜

更新時間:2022-04-02 14:21:25 所屬欄目:基因組 作者:劉善宇

摘要:通過對一只蝦夷扇貝的科學研究,中國海洋大學海洋生物遺傳育種團隊有了意外收獲,經過五年努力在國際上首次完成了扇貝基因組精細圖譜繪制。該校海洋生物遺傳學與育種教育部重點實驗室的《扇貝基因組揭示雙側對稱動物核型和發育進化》論文,近期在國際生態與進化領域權威期刊《自然》子刊上發表。據悉該

通過對一只蝦夷扇貝的科學研究,中國海洋大學海洋生物遺傳育種團隊有了意外收獲,經過五年努力在國際上首次完成了扇貝基因組精細圖譜繪制。該校海洋生物遺傳學與育種教育部重點實驗室的《扇貝基因組揭示雙側對稱動物核型和發育進化》論文,近期在國際生態與進化領域權威期刊《自然》子刊上發表。據悉該研究將為了解動物早期起源和演化機制提供關鍵線索。

一個扇貝揭秘兩側對稱動物的起源

扇貝是著名的海珍品,為海產八珍之一。包振民教授帶領其團隊在國際上發起了扇貝基因組計劃,領導完成了首張高質量扇貝全基因組精細圖譜繪制。記者聯系團隊成員之一的王師教授時,他也是剛剛結束了一天的忙碌,但說起扇貝基因組精細圖譜,整個人的精神頭一下子又提了起來。王師告訴記者,為培育高產、抗逆的扇貝新品種,需要破解扇貝的遺傳密碼,解析扇貝的基因組,從2012年開始我們啟動了這一工作,與其它團隊破解海蠣子的基因組密碼一樣,我們開始的主攻方向也是重點關注與高產、抗逆相關的基因信息,但隨著研究的深入,扇貝也許蘊藏著解開動物早期起源和演化機制的重要線索。

他說,測序的這只扇貝屬于蝦夷扇貝,是我國從日本引種的一種經濟價值高的養殖扇貝,市面上很常見?!干蓉惖幕蚪M雜合度很高,基因組非常復雜,組裝其基因組精細圖很困難,為解決這一難題,我們制定了新的基因組組裝策略,選擇了一只雌雄同體扇貝,它可以同時產生卵子和精子,自體受精完成繁衍生息,如此降低了基因組的雜合度,就可以使基因組組裝的精確度更高?!?/p>

課題研究意外發現新方向

Hox基因簇「分段共線性(STC)」調控新模式及其可能的起源和演化途徑.TIF

「我們以往關注蝦夷扇貝的經濟價值,卻一定程度上忽略了其他方面的研究價值?!雇鯉煾嬖V記者,現今地球上的動物99%的物種隸屬雙側對稱動物,進化學家推測這些雙側對稱動物可能起源于一個古老的共同祖先。但由于早期動物在地層中的化石記錄匱乏,長期以來人們對雙側對稱動物的起源和進化機制存有較多爭議。在地球生物演化的,曾出現過幾次被稱為「生命大爆發」的時期,即在短時間大量物種出現,最著名的如寒武紀生命大爆發,達爾文進化論對此現象一直難以解釋。他們在對扇貝基因組深入研究的過程中意外地發現,蝦夷扇貝的基因組比其他貝類的更保守,進一步與已經完成測序的其它動物比較似乎也更古老。貝類距今5億年前早寒武紀就已出現,他們敏銳地感覺到扇貝可為研究雙側動物進化提供難得的基因組模型,通過重構推斷雙側對稱動物祖先的基因組特征,可為理解動物早期起源和進化機制提供關鍵線索。

扇貝(P. yessoensis) 近乎完美地保留了雙側對稱動物祖先的染色體核型.TIF

這對于團隊而言無疑是重大發現,經過進一步地研究和確定之后,包振民教授團隊果斷地決定調整研究方向,在保留一部分研究人員繼續開展經濟性狀的基因組分析外,充實調整力量一頭扎進動物早期起源和進化的研究領域,生命演化是生物學研究領域的歷史悠久學科,也是科學界關注的熱點學科,宏觀進化研究需要涉及生物界主要的分類單元和關鍵物種,這一工作無疑是巨大的,參入這一項目的國內外研究人員先后有50多人。

對國際主流假說提挑戰

「物種是從古老基因進化而來的,扇貝的基因組有可能揭示物種起源?!雇鯉熃淌谡f,生命研究領域對生命演化的爭論一直存在,有專家提出以化石作為研究基礎,但現實中的化石資源非常缺少,許多重要環節化石的短缺使爭議不斷,因此從動物基因組分析了解生命演化過程也是進化研究方向之一,「我們的研究就是從基因的角度入手推斷動物的起源?!?/p>

團隊在研究中發現,扇貝的基因組19對染色體在宏觀性上與推測得到的兩體側動物共同祖先的基因組連鎖群具有非常完好的對應性,所以扇貝的基因組可稱為「化石基因組」。扇貝控制軀體模式發育的Hox基因簇呈「分段共線性」表達模式,與目前普遍認為完整Hox基因簇遵循「完全時空共線性」表達模式不同。深入研究揭示「分段共線性」表達模式在低等動物普遍存在,是一種獨特、古老的軀體模式決定機制,為理解寒武紀動物軀體模式多樣化的起源和進化機制提供了新視野。扇貝具有數十至上百的眼睛,結構上屬于鏡眼類型。他們發現扇貝眼睛擁有不同尋常的多套光傳導通路系統,其眼睛發生由pax2/5/8基因而非pax6基因主導,對目前國際主流的眼睛單源起源假說(pax6控制)提出了挑戰,為動物體側眼獨立于頭眼起源進化的新假說提供關鍵證據。據悉,這些重要發現將貝類在動物進化研究領域提升到一個新地位,拓展和加深了當前學術界對雙側對稱動物的早期起源和演化機制的認識。

對扇貝品質改善也有裨益

研究工作獲國家自然科學基金、國家863計劃、海洋國家實驗室「鰲山人才」等項目資助,獐子島集團股份有限公司也為項目的順利完成提供資金和材料的大力支持。團隊採用的短序列方法,將扇貝的基因組分成小片段,對每個小片段分別進行檢測,然后小片段按照一定規律排列起來,整個過程就跟拼接一幅畫一樣。通過對扇貝基因組深度解析,揭示扇貝呈現眾多原始動物祖先基因組特征。其實,研究成果來的并不容易。王師教授告訴記者,團隊需要拼接基因組后進行分析。測序和拼接一兩年即完成了,但扇貝基因組的分析才是最花時間的,加上測序期間發現了全新的研究方向,這項研究前后歷時五年才完成。

他介紹,重點實驗室本就以貝類研究為主。新成果除對動物起源和進化研究提供參考,其實對于扇貝品質的改良、快速成長也將有所裨益。

[編輯:夜樓]

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