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科研人員成功破譯對蝦基因組並獲得國際首個高質量對蝦基因組參考圖譜

1月
25
2019

2019年1月25日22時 中科院之聲

中科院之聲

由中國科學院海洋研究所相建海和李富花研究組主導的研究團隊,與國內外多家單位共同合作,歷時十年成功破譯凡納濱對蝦基因組,獲得國際首個高質量對蝦基因組參考圖譜,研究成果於1月21日在《自然-通訊》(Nature

communications)在線發表,為甲殼動物研究及對蝦基因組育種和分子改良提供了重要理論支撐。海洋所張曉軍、袁劍波、李詩豪、高羿、于洋等青年科研人員為文章的共同第一作者。

甲殼動物和昆蟲是節肢動物門中的兩大門類,已有超過6萬種甲殼動物被報導。十足目甲殼動物囊括了大量重要的水產經濟物種,如蝦、蟹、龍蝦等,而凡納濱對蝦(Litopenaeus

vannamei)作為四大養殖蝦類之首,其年產量達416萬噸,具有非常重要的經濟價值。然而,由於種質資源匱乏,我國對蝦養殖單位每年需從國外引進大量親蝦。我國自主的對蝦分子遺傳育種工作迫在眉睫,但是受限於沒有良好的參考基因組,其進展一直相對緩慢。

對蝦基因組是世界上公認的高複雜基因組,阻礙了多個國際科研機構的研究步伐。在該研究中,科研人員嘗試了從一代到三代的各種測序平台以及各種組裝軟體,最終完成了凡納濱對蝦的全基因組de novo測序和組裝,獲得的參考圖譜Scaffold N50達到606

Kb。通過分析發現,以1-6鹼基為單位多次重複的簡單串聯序列(SSR)占對蝦基因組的23.93%以上,是目前已測基因組物種中含量最高的,這也是對蝦基因組高複雜性的根本原因,並推測SSR的爆發與對蝦祖先適應性進化過程有關。此外,在對蝦基因組上還發現了兩大結構特徵:大量的物種特異性基因和大量的串聯重複基因,可能與對蝦科的特異性進化有密切聯繫。

對蝦擁有非常發達的視覺系統和神經系統,以適應底棲環境。對蝦有一對連接眼柄能自由活動的複眼,每隻複眼包含約5.5-8萬個小眼,具有非常廣的視角。比較基因組學分析發現,對蝦基因組上長波長的opsin基因發生了明顯的擴張,可能與其底棲暗環境適應有關。對蝦的神經傳導速度達200 ms-1,是目前已報導物種中速度最快的,即使神經系統發達的章魚的神經傳導速度也只有20

ms-1。通過分析發現,大量與神經信號傳導相關的基因家族都發生了擴張,特別是兩類神經信號傳導相關的受體谷氨酸受體和甘氨酸受體擴張顯著,推測其是神經傳導速度快的原因之一。蛻皮是蛻皮動物(Ecdysozoa)的典型特徵,對蝦一生經過約50次蛻皮,遠多於昆蟲。通過比較發現,對蝦擁有一條強化的蛻皮信號調控通路,該通路上大量基因都發生了擴張,還有多個基因受到正選擇作用。

該研究還對22個野生和養殖的凡納濱對蝦個體進行了重測序,獲得了大量的SNP分子標記,為對蝦的遺傳育種工作提供了寶貴的資源。此外,通過選擇純化分析,研究人員還找到了對蝦基因組上14個受選擇的區域和28個受選擇的基因,它們可能與對蝦養殖環境適應有關。

對蝦基因組的發表為甲殼動物底棲適應和蛻皮等研究提供了重要的理論基礎和數據支撐,同時也為對蝦基因組育種和分子改良工作提供了重要的基礎平台。

該研究得到國家「863」計劃、國家自然科學基金、青島海洋科學與技術試點國家實驗室「藍色生命」以及實驗室海洋生物學重點實驗室重大成果支持計劃等的資助。

對蝦底棲環境適應性進化

強化的對蝦蛻皮通路

對蝦基因組重測序

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