海洋所破譯海參基因組並在形態進化與器官再生研究方面獲重要進展

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時間:2017-10-13  來源:海洋生態與環境科學重點實驗室文本大小:【 |  | 】  【打印

  1013日,國際學術期刊PLoS Biology在线刊发了由中國科學院海洋研究所杨红生研究員课题组和相建海、李富花研究員课题组主导,天津生物芯片技术公司、加拿大纽芬兰纪念大学等单位合作,由张晓军、孙丽娜、袁剑波等青年科研人员为共同第一作者,协力完成的研究論文“The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration”。該研究首次完成了仿刺參Apostichopus japonicus(俗稱海參)的全基因組精細參考圖譜的繪制,揭示了海參的特殊形態進化與強大再生潛能的分子基礎。

仿刺參Apostichous japonicus 

  海參屬于棘皮動物,是其中體型與形態最爲特殊的種類,且處于從無脊椎向脊椎動物分化的獨特進化地位,也是國內外重要的海産經濟物種,具有極高的營養與醫用價值。在該研究中,研究人員利用IlluminaPacbio測序平台和優化的組裝策略,構建了海參全基因組的精細圖譜,Contig N50 達到190 KB, Scaffold N50 達到486 KB,編碼30350個基因。分析發現了調控動物關鍵進化過程中脊索形成的關鍵轉錄因子Brachyury基因的FGF基因在棘皮動物中顯著收縮爲1個,提示了棘皮動物在長期的進化過程中脊索、咽鰓裂消失的潛在原因。海參的近親--海膽具有顯著、發達的外骨骼,而海參外觀柔軟,骨骼退化爲細小的桌形體,基因組解析發現它們都具有相對完整的骨骼發育通路,而不同之處在于海膽的礦化基因爲31個,海參縮減爲7個,而且海參礦化基因在發育過程中低表達,這才是其骨骼顯著退化的根本原因。 

  強大的再生潛能是棘皮動物最顯著的特征之一,該研究利用多組學方法揭示了海參超強再生能力的分子機制。該種海參在強烈環境脅迫下可以將體內內髒幾乎全部排出體外,當環境適宜後,可在2-3周重新長出功能完善的內髒器官。研究揭示了海參再生特有的由11個基因串聯重複組成的PSP94-like基因簇和顯著擴張成簇的fibrinogen-related protein (FREP)基因是海參具有超強再生能力的根本原因之一。 

  該研究爲組織器官再生機制與再生醫學應用、棘皮動物進化等研究提供了範式,也爲海參遺傳選育提供了完整、重要的理論基礎。該研究得到國家863计划、中國科學院先导专项、国家自然科学基金、鳌山科技创新计划项目的资助。 

  論文:Zhang X, Sun L, Yuan J, Sun Y, Gao Y, Zhang L, Li S, et al. (2017). The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration. PLoS Biol 15(10): e2003790. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2003790 

    

海參進化地位

 

   

海參的礦化基因及其表達 

    

 

海參腸道再生的關鍵基因與基因調控模式 

    

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