海洋所成功破譯凡納濱對蝦基因組

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時間:2019-01-22  來源:實驗海洋生物學重點實驗室文本大小:【 |  | 】  【打印

  中科院海洋所相建海和李富花研究組主導,與國內外多家單位共同合作,曆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121日在Nature子刊《Nature communications》在線發表,爲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爲文章的共同第一作者。 

 

文章截圖

  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産經濟物種,如蝦、蟹、龍蝦等,而凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)作爲四大養殖蝦類之首,其年産量達416萬噸,具有非常重要的經濟價值。然而,由于種質資源匮乏,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,但是受限于沒有良好的參考基因組,其進展一直相對緩慢。 

凡納濱對蝦基因組圖譜    

  对虾基因组是世界上公认的高复杂基因组,阻碍了多个国际科研機構的研究步伐。在该研究中,科研人员尝试了从一代到三代的各种测序平台以及各种组装软件,最终完成了凡纳滨对虾的全基因组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堿基爲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征: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系。 

 

對蝦底棲環境適應性進化    

  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,每只複眼包含約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米每秒,是目前已報道物種中速度最快的,即使神經系統發達的章魚的神經傳導速度也只有20米每秒。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)的典型特征,對蝦一生經過約50次蛻皮,遠多于昆蟲。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。 

 

強化的對蝦蛻皮通路

 

對蝦基因組重測序

  本研究還對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,爲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。 

  對蝦基因組的發表爲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,同時也爲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计划、国家自然科学基金、青岛海洋科學与技术试点国家实验室“蓝色生命”以及实验室海洋生物学重点实验室重大成果支持计划等项目资助。    

  論文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-08197-4 

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