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中科院海洋所發現基因組內簡單重複序列在對蝦適應性進化中的關鍵作用
2021-03-10 15:59:36  来源:科技日报

3月9日,记者从中国科学院海洋研究所获悉,由该所李富花课题组主导完成的科研论文《简单重复序列促进对虾基因组可塑性和适应性进化》在Nature子刊《通讯-生物学》(《Communications Biology》)在线发表。该研究成果为阐明生物体内SSR的功能和甲壳动物对环境的适应进化研究提供了新的线索,也为对虾基因组育种和分子改良提供了重要的理论基础和数据支撑。

中科院海洋所袁劍波副研究員和張曉軍研究員、南開大學王敏教授爲文章共同第一作者。中科院海洋所李富花研究員和相建海研究員、南開大學馮露教授爲文章通訊作者。

该研究针对简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)在对虾基因组内呈爆发式扩张的现象,首次提出SSR在基因组内急速扩张的新机制,揭示了SSR在对虾基因组的可塑性和适应性进化过程中的关键作用。李富花介绍,SSR是由1-6个碱基串联重复多次形成,在所有已测基因组物种中含量普遍较低(仅约1%左右),而且它们通常被认为是没有功能的,属于基因组上的“垃圾DNA”。然而,该课题组前期研究发现凡纳滨对虾基因组SSR含量竟高达23.93%,引发了研究人员对于SSR在对虾进化中的功能及作用机制的浓厚兴趣。

李富華表示,爲了探究SSR的分布特征和功能,研究人員完成了另一種對蝦——中國明對蝦的全基因組測序和組裝,並基于Hi-C測序,構建了凡納濱對蝦和中國明對蝦染色體水平的基因組圖譜。通過比較基因組學分析,推斷SSR的爆發式擴張發生在對蝦的祖先基因組上,而SSR的特異性擴張也出現在不同對蝦分化之後。SSR的擴張事件也與生物大滅絕事件後對蝦的快速進化時間一致,提示了SSR在對蝦適應性進化過程中的關鍵作用。

李富華說,本研究首次發現SSR爆發式擴張的新機制,與傳統認爲的複制滑動突變模型不同,研究人員發現對蝦SSR的爆發式擴張主要與轉座元件的攜帶有關,並進一步鑒定出近期活躍的轉座元件,推斷其仍具有攜帶SSR擴張的潛能。本研究發現SSR在對蝦基因組可塑性和環境適應中具有重要作用,高密度的SSR分布引起對蝦染色體內大規模基因組重排。

盡管中國明對蝦和凡納濱對蝦親緣關系相近,但是它們在鹽度適應能力上卻存在顯著差異。研究人員首次發現對蝦主要通過調控體內自由氨基酸的含量來調節體內的滲透壓,而SSR能富集于基因調控區,參與滲透壓調節關鍵通路的基因表達調控。這些基因表達模式的差異可能是引起兩種對蝦滲透壓調控能力差異的重要原因。

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