突破性进展！我国科学家领衔完成破译

最大动物基因组图谱——南极磷虾基因组图谱破译

 

近日，由中国水产科学研究院黄海水产研究所联合青岛华大基因研究院、德国阿尔弗雷德?魏格纳研究所、澳大利亚联邦科学与工业研究组织等机构组建的国际研究团队，在国际上完成了迄今为止最大动物基因组参考序列——南极磷虾基因组组装，并揭示了南极磷虾适应极端环境和群体历史演化的分子基础，为南极磷虾资源的合理开发利用提供了重要理论依据。

南极磷虾   中国水产科学研究院黄海水产研究所供图

3月2日，国际顶级学术期刊《细胞》（《Cell》）以“巨大高重复基因组图谱绘制揭示了南极磷虾环境适应机制及其群体演化历史”为题，在线发表了该研究成果。

cell官网截图      中国水产科学研究院黄海水产研究所供图

据悉，这是我国海洋渔业领域发表的第一篇《细胞》（《Cell》）主刊论文，也使得我国在南极磷虾资源乃至极地生态系统研究领域步入国际领先序列。

3月3日，中国水产科学研究院黄海水产研究所、青岛华大基因研究院联合举行南极磷虾研究成果发布会，文章共同第一作者兼通讯作者、中国水产科学研究院黄海水产研究所基因组室主任邵长伟介绍，南极磷虾基因组非常大，约为人类基因组的16倍，且具有高重复的特征，基因组组装是阻碍该物种组学研究突破的最大挑战。

本研究构建了约48GB的南极磷虾基因组序列，这是迄今为止最大的动物基因组参考序列，比已发表的超大基因组非洲肺鱼和澳大利亚肺鱼大20%-30%。研究发现，南极磷虾重复序列含量高达92.45%，这源于南极磷虾基因组重复序列的两次爆发式扩张。

结合全长转录组数据，研究人员对南极磷虾应对极昼极夜等极端环境的适应性进行了研究。通过与果蝇和哺乳动物比较发现，双反馈回路中的关键基因没有缺失，而部分基因在夏季和冬季显示出不同的表达水平，表明南极磷虾已经进化出由昼夜节律系统控制的身体适应和行为模式。在磷虾基因组中鉴定到25个显著扩张的基因家族中，有12个与南极磷虾蜕壳或能量代谢相关，这表明南极磷虾的相关基因为其适应极地特殊环境奠定了遗传基础。

南极磷虾适应南极海洋环境的基因组变化    中国水产科学研究院黄海水产研究所供图

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研究团队在南冰洋的4个南极磷虾生物量较高的区域采集了75只，进行了群体遗传学研究。结果发现，虽然分布在不同的区域，但南极磷虾的遗传序列组成没有明显区别，这就意味着不同地域群体之间没有实质性差异。但是，南极磷虾的遗传分化仍会受其所在环境的影响。

业内专家认为，上述研究发现为海洋生物极端环境适应机制及其群体演化的深入解析提供了新的理论参考，也为南极磷虾渔业资源的管理提供了理论依据，对于培育我国南极磷虾这一海洋生物资源开发利用新兴战略产业、深度参与极地渔业国际治理具有重大意义。

邵长伟表示：“本研究不仅破译了南极磷虾的基因组序列，还分析了其重要性状的分子机制，包括生长、繁殖、能量代谢以及极端环境适应性等，为我们深入了解南极磷虾提供了基础，也为南极磷虾资源合理开发利用提供了理论依据。”

文章共同通讯作者、青岛华大基因研究院主任科学家范广益表示：“南极磷虾作为整个南极食物链的重要一环，其基因组的破译不仅有利于我们从分子层面更深入地了解这个重要物种以及整个南极生态系统，更有望对南极渔业和生态资源的可持续发展提供助力。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.005