科學(xué)家完成南極磷蝦基因組圖譜破譯

中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所海水養(yǎng)殖生物育種與可持續(xù)產(chǎn)出全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合青島華大基因研究院等機(jī)構(gòu)，日前在南極磷蝦超大基因組組裝、極端環(huán)境適應(yīng)和群體歷史演化研究方面取得突破性進(jìn)展。相關(guān)研究成果已于北京時間2日被國際知名學(xué)術(shù)刊物《細(xì)胞》正式在線發(fā)表。

種群規(guī)模龐大的南極磷蝦，是人類重要的蛋白質(zhì)儲存庫和戰(zhàn)略資源，在南極生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和營養(yǎng)運(yùn)輸過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，也是南大洋生態(tài)系統(tǒng)生物和功能多樣性的關(guān)鍵物種。但由于其超大且復(fù)雜的基因組結(jié)構(gòu)特征，南極磷蝦的繁衍與生存之謎，一直未有明確答案。

此次來自中國、德國、澳大利亞、意大利等國的科研人員，在中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所、青島華大基因研究院主導(dǎo)下，利用新一代測序技術(shù)對南極磷蝦開展了高深度的基因組測序、組裝和分析，最終得到了48Gb的超大動物基因組。這一數(shù)量約為人類基因組的16倍。

科研人員還發(fā)現(xiàn)在南極磷蝦進(jìn)化過程中經(jīng)歷了兩次基因組爆發(fā)式擴(kuò)張。相較其他甲殼類生物，其基因組重復(fù)序列含量達(dá)92.45%，也遠(yuǎn)超科學(xué)界進(jìn)行過類似研究的物種。

在進(jìn)一步研究中，科研人員完善了南極磷蝦生物鐘的雙反饋回路，發(fā)現(xiàn)南極磷蝦已進(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，相關(guān)基因也已為適應(yīng)極地生存特殊環(huán)境奠定遺傳基礎(chǔ)。

采集自不同區(qū)域的南極磷蝦樣本，具有較高的遺傳連通性，地理群體之間沒有實(shí)質(zhì)性差異。在群體歷史演化的研究上，科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)南極磷蝦的有效種群大小先在1000萬年前急劇減少、又在10萬年前出現(xiàn)反彈擴(kuò)張。前者與當(dāng)時氣候的劇烈波動和南大洋溫度的整體下降相吻合，后者或因較冷的溫度拓展了海冰面積、擴(kuò)大了磷蝦棲息地，進(jìn)而推動種群的擴(kuò)張。

“這些成果通過基因組學(xué)和群體遺傳學(xué)的深入分析，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, 為生物多樣性保護(hù)及后續(xù)海洋生物群體遺傳學(xué)研究提供了實(shí)質(zhì)性借鑒。”中國科學(xué)院海洋研究所研究員張琳琳說。