西藏完成世界首個(gè)裂腹魚(yú)類(lèi)基因組圖譜
9月25日,記者從西藏自治區(qū)農(nóng)牧學(xué)院水產(chǎn)科學(xué)研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“區(qū)農(nóng)科院水產(chǎn)所”)了解到,該所牟振波研究員團(tuán)隊(duì),繪制完成了世界上首個(gè)染色體水平的高原特有典型四倍體魚(yú)類(lèi)——異齒裂腹魚(yú)的基因組圖譜,為其他高原魚(yú)類(lèi)進(jìn)化、基因組多倍化和極端環(huán)境適應(yīng)性研究提供了重要的信息和參考。該項(xiàng)目,區(qū)農(nóng)科院水產(chǎn)科學(xué)研究所為第一完成單位,由武漢理工大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、西南大學(xué)、大連海洋大學(xué)和吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)共同完成。
科研人員在野外。圖由自治區(qū)農(nóng)牧學(xué)院水產(chǎn)所提供
在過(guò)去的5000萬(wàn)年間,青藏高原一直處于隆升過(guò)程,并伴隨著極端地質(zhì)運(yùn)動(dòng)和氣候變化。這使得青藏高原成為了研究高原環(huán)境下動(dòng)物進(jìn)化和適應(yīng)機(jī)制的“天然實(shí)驗(yàn)室”,也是全世界生物學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)區(qū)域。
區(qū)農(nóng)科院水產(chǎn)所所長(zhǎng)牟振波研究員告訴記者:“魚(yú)類(lèi)相對(duì)于陸生生物而言,更容易受到地質(zhì)變化和氣候波動(dòng)下的水生態(tài)環(huán)境的影響。因此,高原特色魚(yú)類(lèi)是研究高原環(huán)境下生物進(jìn)化、物種形成和適應(yīng)性機(jī)制良好的生物材料。然而,目前高原生物進(jìn)化和適應(yīng)性研究主要集中在人類(lèi)、動(dòng)物和植物等陸生生物?!?/p>
“裂腹魚(yú)亞科隸屬鯉形目、鯉科,是隨著青藏高原的隆升而出現(xiàn)的特化類(lèi)群,屬青藏高原魚(yú)類(lèi)三大類(lèi)群之一。在中國(guó)有70多種,占世界的80%以上,主要分布在青藏高原及其鄰近地區(qū)的湖泊和河流中。裂腹魚(yú)亞科大多數(shù)為四倍體或六倍體,因此,裂腹魚(yú)是研究多倍體魚(yú)類(lèi)和高原適應(yīng)性機(jī)制的重要材料。異齒裂腹魚(yú)是青藏高原雅魯藏布江中分布量最大、對(duì)生態(tài)環(huán)境最重要的一種裂腹魚(yú)?!眳^(qū)農(nóng)科院水產(chǎn)所研究員劉海平介紹。
該研究團(tuán)隊(duì)在獲得了染色體級(jí)別的基因組序列后,對(duì)基因組進(jìn)行了深入分析。研究發(fā)現(xiàn),異齒裂腹魚(yú)在大約123萬(wàn)年前發(fā)生了全基因組復(fù)制,目前復(fù)制后的二套染色體之間序列的一致性高達(dá)95%以上;但是它們之間存在大量的重復(fù)序列插入。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),這些重復(fù)序列的插入,不僅形成了再二倍化的初步序列特征,而且影響了附近基因的表達(dá)模式,導(dǎo)致了基因表達(dá)和功能的再二倍化。同時(shí),與DNA修復(fù)、葉酸吸收代謝和能量平衡相關(guān)的基因受到了顯著的自然選擇,這可能促動(dòng)了異齒裂腹魚(yú)的高原適應(yīng)性的形成。異齒裂腹魚(yú)全基因組復(fù)制的時(shí)間與末次冰期青藏高原加速隆起時(shí)間一致,進(jìn)一步體現(xiàn)了異齒裂腹魚(yú)基因組對(duì)于研究高原特色魚(yú)類(lèi)進(jìn)化和高原地理氣候演化關(guān)系的重要性。
記者了解到,與其他多倍體魚(yú)類(lèi)不同,異齒裂腹魚(yú)是迄今為止發(fā)現(xiàn)的較年輕的自然多倍體魚(yú)類(lèi),這為科學(xué)家們提供了研究多倍體基因組早期進(jìn)化和再二倍化非常珍貴的材料。該研究是青藏高原魚(yú)類(lèi)基因資源開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)研究的重要進(jìn)展。
針對(duì)該研究成果,中科院水生生物研究所桂建芳院士表示:“多倍體魚(yú)類(lèi)不僅是重要的育種材料,而且在極端自然環(huán)境下魚(yú)類(lèi)進(jìn)化、物種形成和適應(yīng)性方面發(fā)揮了重要的作用。本研究對(duì)于闡釋青藏高原裂腹魚(yú)多倍化與其環(huán)境適應(yīng)性有非常重要的意義?!?/p>
可以說(shuō),這些青藏高原生物資源為生物進(jìn)化和育種研究提供了寶貴的資源。異齒裂腹魚(yú)基因組的公布和挖掘,揭示了青藏高原四倍體魚(yú)類(lèi)的進(jìn)化和早期再二倍化的基因組特征,填補(bǔ)了國(guó)際上青藏高原多倍體魚(yú)類(lèi)基因組研究的空白。
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