中科院海洋所相建海和李富花研究組主導，與國內(nèi)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(zhì)量對蝦基因組參考圖譜，研究成果1月21日在Nature子刊《Nature communications》在線發(fā)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。
文章截圖
甲殼動物和昆蟲是節(jié)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(chǎn)經(jīng)濟物種，如蝦、蟹、龍蝦等，而凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）作為四大養(yǎng)殖蝦類之首，其年產(chǎn)量達416萬噸，具有非常重要的經(jīng)濟價值。然而，由于種質(zhì)資源匱乏，我國對蝦養(yǎng)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
對蝦基因組是世界上公認的高復雜基因組，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臺以及各種組裝軟件，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(fā)現(xiàn)，以1-6堿基為單位多次重復的簡單串聯(lián)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復雜性的根本原因，并推測SSR的爆發(fā)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(fā)現(xiàn)了兩大結構特征：大量的物種特異性基因和大量的串聯(lián)重復基因，可能與對蝦科的特異性進化有密切聯(lián)系。
對蝦底棲環(huán)境適應性進化
對蝦擁有非常發(fā)達的視覺系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，以適應底棲環(huán)境。對蝦有一對連接眼柄能自由活動的復眼，每只復眼包含約5.5-8萬個小眼，具有非常廣的視角。比較基因組學分析發(fā)現(xiàn)，對蝦基因組上長波長的opsin基因發(fā)生了明顯的擴張，可能與其底棲暗環(huán)境適應有關。對蝦的神經(jīng)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(jīng)系統(tǒng)發(fā)達的章魚的神經(jīng)傳導速度也只有20米每秒。通過分析發(fā)現(xiàn)，大量與神經(jīng)信號傳導相關的基因家族都發(fā)生了擴張，特別是兩類神經(jīng)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(jīng)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(jīng)過約50次蛻皮，遠多于昆蟲。通過比較發(fā)現(xiàn)，對蝦擁有一條強化的蛻皮信號調(diào)控通路，該通路上大量基因都發(fā)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(yǎng)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(qū)域和28個受選擇的基因，它們可能與對蝦養(yǎng)殖環(huán)境適應有關。
對蝦基因組的發(fā)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(shù)據(jù)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臺。
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項目資助。
