中國海洋大學在經濟紅藻基因組特性及環境適應機制研究方面取得最新進展

山東教育新聞網訊近日，國際學術期刊Nature雜誌子刊Nature Communications在線發表題為「Pyropia yezoensis genome reveals diverse mechanisms of carbon acquisition in the intertidal environment」（《條斑紫菜基因組揭示潮間帶環境下多樣性的碳獲取機制》）的最新研究成果。該成果由中國海洋大學海洋生物遺傳學與育種教育部重點實驗室王冬梅副教授、博士生于欣孜、徐奎鵬、畢桂琪、曹敏等為共同第一作者，茅雲翔教授（現工作單位為海南熱帶海洋學院）和美國羅格斯大學Debashish Bhattacharya教授為共同通訊作者。研究成果系統解讀了紅毛菜目代表性物種條斑紫菜的基因組特性，揭示了驅動紫菜異型世代適應生境的進化力量。

王冬梅等作者採用新一代高通量測序技術構建了高質量的染色體級條斑紫菜基因組，組裝成三條染色體，基因組大小為108Mb，其中重複序列佔比48%，蛋白質編碼基因共12855個。通過比較基因組學分析鑑定出條斑紫菜基因組中「基因拷貝數顯著增多」的基因家族。其中與抗氧化有關的基因家族，如SOD、LOX、TRX、TYR等，均呈現葉狀體世代特異性的表達活性，且在失水逆境下這些葉狀體特異基因具有顯著上調的轉錄特徵，表明抗氧化基因家族的擴張及共表達特徵是葉狀體世代適應極端環境的重要遺傳基礎。碳酸酐酶（CA）是藻類二氧化碳濃縮機制中的關鍵基因，條斑紫菜基因組中CA基因家族顯著擴張。作者根據各CA蛋白的亞細胞定位，在不同世代以及葉狀體失水逆境下的轉錄表達特徵，構建了紫菜二氧化碳濃縮機制模型，揭示紫菜葉狀體在幹露失水時利用空氣二氧化碳作為碳源的遺傳機制。同時，絲狀體世代也具有特異性表達的分泌性CA蛋白。作者通過同位素標記、酶活抑制實驗、生化酶活測定等，證實棲居於貝殼中的絲狀孢子體在細胞外CA作用下，將貝殼中的碳酸鈣轉化為碳酸氫根，可作為絲狀孢子體吸收利用的主要碳源之一。另外，研究還證明來自於細菌的基因水平轉移是條斑紫菜基因家族擴張的進化來源之一。

茅雲翔帶領的藻類遺傳學與育種團隊長期致力於經濟海藻遺傳學研究，在藻類重要經濟性狀定位技術，抗逆、抗病分子遺傳機制等研究領域取得多項重要研究成果。2019年團隊在生物進化領域權威期刊Molecular Ecology Resources上發布重要經濟物種壇紫菜基因組，是國際上首個染色體級別經濟海藻基因組。本次發表條斑紫菜基因組研究成果是團隊在這一領域取得的又一重要進展，對於深入了解紅藻重要經濟性狀的遺傳基礎，指導紫菜優良品種選育具有重要意義。

該研究是在國家重點研發計劃「藍色糧倉科技創新」重點專項、山東省重大科技創新專項「深藍漁業」、農業部現代農業傑出人才培養計劃、中央高校基本科研項目等研究經費的資助下開展的。美國羅格斯大學Debashish Bhattacharya教授團隊、中科院青島生物能源與過程研究所付春祥研究員團隊、黃海水產研究所、中國海洋大學海洋環境與生態教育部重點實驗室等共同參與了項目研究。