Nat Genet:破譯首個比目魚基因組 揭秘性染色體起源及底棲適應機制

2020-12-08 生物谷

近日，迄今為止世界上首個比目魚基因組——半滑舌鰨全基因組精細圖譜在青島宣布完成。中國水產科學研究院黃海水產研究所研究員陳松林表示，這是世界上首個測序完成的比目魚基因組圖譜，標誌著鮃鰈魚類養殖研究進入基因組時代。

在國家公益性行業（農業）科研專項、國家863項目和國家自然科學基金重點等項目的支持下，陳松林聯合深圳華大基因研究院、德國維爾茨堡大學、法國農業科學研究院和新加坡國立大學等單位組建的國際合作研究團隊成功破譯了該圖譜，這是國內完成的第一個魚類全基因組精細圖譜。該研究成果以Article形式於2014年2月2日在《自然—遺傳學》（Nature Genetics）雜誌在線發表。

半滑舌鰨是中國特有的名貴經濟海水魚類，屬於近海溫水性底層魚類。脊椎動物性染色體的起源和進化一直是生物學界的研究熱點，半滑舌鰨性染色體分化程度大，雌雄表型差異顯著，成為研究脊椎動物性染色體進化和表型分化的理想模型。

研究中，科研人員對半滑舌鰨雌雄魚分別進行高深度全基因組從頭測序、組裝和分析，發現半滑舌鰨性染色體進化十分快速。

值得一提的是，研究還發現半滑舌鰨的性染色體並不和已知性染色體的魚類共祖先，而是和雞的ZW染色體共起源，揭示半滑舌鰨和雞性染色體的趨同進化現象。特別是發現半滑舌鰨dmrt1基因是Z染色體連鎖、雄性特異表達、精巢發育必不可少的關鍵基因，表現出性別決定基因的特性。

眾所周知，半滑舌鰨雄性個體小、生長慢、且繁殖比例高，嚴重影響了漁民養殖的積極性，限制了苗種推廣及養殖產業的發展。該研究通過半滑舌鰨雌、雄魚全基因組測序及比對分析篩選到性別特異微衛星標記，發現普通養殖群體中的生理雌魚比例僅為10-30%；揭示了偽雄魚Z染色體上的性別調控基因的甲基化可以遺傳給後代；揭示了半滑舌鰨偽雄魚後代更容易變成偽雄魚；發現了偽雄魚W精子難以成活是導致ZW雌魚和ZW偽雄魚交配後代中沒有WW超雌魚的奧秘，為半滑舌鰨性別控制和高雌性苗種研製提供了理論依據和技術手段。

此外，科研人員從基因組和轉錄組水平出發，發現半滑舌鰨變態發育前後差異基因富集於底棲適應性相關性狀，篩選到可能與變態發育相關的15個正選擇基因；發現半滑舌鰨表現出對底棲生活的適應性和明顯的視覺退化現象。研究揭示了半滑舌鰨底棲生活階段視覺退化後可能通過強大的側線器官以及特異的感覺器官-乳頭狀突起進行彌補的分子機制。

陳松林表示，該圖譜對解析鮃鰈魚類性別決定、生長、生殖發育、免疫抗病、變態、生態適應等重要性狀的分子機制具有重要意義，且為其他脊椎動物性染色體進化和性別決定機制的深入研究提供了寶貴的遺傳資源，同時也為半滑舌鰨性別控制、全基因組選擇育種技術的建立以及高產高雌和抗病良種培育奠定了堅實基礎， 具有重要的理論意義和應用價值。 （生物谷Bioon.com）

生物谷推薦的英文摘要：

Nature Genetics     doi：10.1038/ng.2890

Whole-genome sequence of a flatfish provides insights into ZW sex chromosome evolution and adaptation to a benthic lifestyle

Songlin Chen，  Guojie Zhang，  Changwei Shao，  Quanfei Huang，  Geng Liu，  Pei Zhang，  Wentao Song，  Na An，  Domitille Chalopin，  Jean-Nicolas Volff，  Yunhan Hong，  Qiye Li，  Zhenxia Sha， Heling Zhou，  Mingshu Xie，  Qiulin Yu，  Yang Liu，  Hui Xiang，  Na Wang，  Kui Wu，  Changgeng Yang，  Qian Zhou，  Xiaolin Liao，  Linfeng Yang，  Qiaomu Hu  et al.

Genetic sex determination by W and Z chromosomes has developed independently in different groups of organisms. To better understand the evolution of sex chromosomes and the plasticity of sex-determination mechanisms， we sequenced the whole genomes of a male (ZZ) and a female (ZW) half-smooth tongue sole (Cynoglossus semilaevis). In addition to insights into adaptation to a benthic lifestyle， we find that the sex chromosomes of these fish are derived from the same ancestral vertebrate protochromosome as the avian W and Z chromosomes. Notably， the same gene on the Z chromosome， dmrt1， which is the male-determining gene in birds， showed convergent evolution of features that are compatible with a similar function in tongue sole. Comparison of the relatively young tongue sole sex chromosomes with those of mammals and birds identified events that occurred during the early phase of sex-chromosome evolution. Pertinent to the current debate about heterogametic sex-chromosome decay， we find that massive gene loss occurred in the wake of sex-chromosome 'birth'.

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