最大動(dòng)物基因組圖譜——南極磷蝦基因組圖譜破譯

來源：人民網(wǎng)山東頻道

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2023-03-03 16:22:03

原標(biāo)題：最大動(dòng)物基因組圖譜——南極磷蝦基因組圖譜破譯

來源：人民網(wǎng)－山東頻道

原標(biāo)題：最大動(dòng)物基因組圖譜——南極磷蝦基因組圖譜破譯

來源：人民網(wǎng)－山東頻道

　　人民網(wǎng)青島3月3日電（劉穎婕）被稱為“海上金礦”的南極磷蝦是南極洲生態(tài)系統(tǒng)里的關(guān)鍵物種，是鯨魚、海豹、海狗、企鵝等動(dòng)物的主要食物來源。它體長(zhǎng)3-5厘米，體重一般不超過2克，卻是地球上生物量最大的動(dòng)物。

　　被稱為“海上金礦”的南極磷蝦。中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所供圖

　　日前，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)，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)。北京時(shí)間3月3日，相關(guān)研究成果于國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）在線發(fā)表。

　　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

　　構(gòu)建迄今為止最大動(dòng)物基因組

　　據(jù)介紹，南極磷蝦的基因組約為人類基因組的16倍，且具有高重復(fù)的特征，因此，基因組組裝是阻礙該物種組學(xué)研究突破的最大挑戰(zhàn)。

　　研究團(tuán)隊(duì)利用新一代測(cè)序技術(shù)對(duì)南極磷蝦開展了高深度的基因組測(cè)序、組裝和分析，構(gòu)建了迄今為止地球上最大的動(dòng)物基因組參考序列，其大小為48Gb，約為人類基因組的16倍，研究發(fā)現(xiàn)，在南極磷蝦進(jìn)化歷史上經(jīng)歷了2次基因組的爆發(fā)式擴(kuò)張。此外，相較其他甲殼類生物，南極磷蝦基因組中重復(fù)序列含量高達(dá)92.45%，其串聯(lián)重復(fù)長(zhǎng)重復(fù)單元比例顯著高于其他物種，這也是已報(bào)道的重復(fù)序列含量最高的物種。

　　解密南極磷蝦極端環(huán)境適應(yīng)性

　　南極磷蝦的生命力很頑強(qiáng)，不僅能適應(yīng)南極惡劣的極晝極夜環(huán)境，還極其抗餓，能在度過南極嚴(yán)苛且漫長(zhǎng)的冬天時(shí)，利用脫殼生長(zhǎng)的方式，進(jìn)行負(fù)生長(zhǎng)。在本研究中，研究人員對(duì)其抗餓和對(duì)極晝極夜環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)行了研究。

　　結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在磷蝦基因組里鑒定得到的25個(gè)顯著擴(kuò)張的基因家族中，分別有6個(gè)基因家族與磷蝦蛻殼及能量代謝相關(guān)。其中，具有代表性的蛻殼和能量代謝相關(guān)基因在冬、夏季顯著差異的表達(dá)水平，與之前有關(guān)南極磷蝦越冬策略和相關(guān)生理變化的研究結(jié)果一致。這表明，蛻殼和能量代謝相關(guān)基因的改變是南極磷蝦對(duì)南大洋不穩(wěn)定食物供應(yīng)的適應(yīng)。

　　另外，研究人員還對(duì)其節(jié)律相關(guān)基因進(jìn)行了比較分析，發(fā)現(xiàn)南極磷蝦生物鐘的2個(gè)主要回路沒有發(fā)生基因丟失，但反饋通路中的部分基因顯示出了隨時(shí)間變化的表達(dá)水平。這表明，南極磷蝦可能已經(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，有助于它們?cè)诘蜏睾蛣×易兓墓庹諚l件下保存能量并生存。

　　探究地域差異、氣候變化等對(duì)南極磷蝦群體的影響

　　南極磷蝦分布廣泛，覆蓋整個(gè)南冰洋，但又非常喜歡群居。為了探究南極磷蝦的群體特征，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。

　　南極磷蝦適應(yīng)南極海洋環(huán)境的基因組變化。中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所供圖

　　另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，氣候變化影響著南極磷蝦種群的規(guī)模。從約一千萬年前開始，在更新世期間，冰期-間冰期氣候劇烈波動(dòng)、南大洋溫度整體下降，南極磷蝦的種群數(shù)量也急劇減少；而在約十萬年前，南極磷蝦群體規(guī)模出現(xiàn)反彈，開始擴(kuò)張，其原因可能為晚更新世期間，較冷的溫度導(dǎo)致的海冰棲息地?cái)U(kuò)張，擴(kuò)大了磷蝦的棲息地。不過，研究團(tuán)隊(duì)也提到，雖然在大尺度上，基于基因組數(shù)據(jù)的推論與歷史氣候變化相對(duì)應(yīng)，但是溫度對(duì)南極磷蝦的影響是復(fù)雜的，仍很難預(yù)測(cè)快速的氣候變化對(duì)南極磷蝦的影響。

　　相關(guān)研究成果于國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）在線發(fā)表，圖為論文的主要內(nèi)容和結(jié)論。中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所供圖

　　據(jù)介紹，本研究發(fā)現(xiàn)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(zhǎng)、繁殖、能量代謝以及極端環(huán)境適應(yīng)性等，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。