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我校鲁义善教授团队首次阐释宝石鲈基因组染色体图谱
发布时间:2022-07-19   编辑:科技处   作者:科技处   审核:伍彬   来源:科技处   浏览次数:

近日,我校水产学院/深圳研究院鲁义善教授团队与华大海洋石琼教授团队在国际学术刊物Nature子刊Scientific Data上发表宝石鲈基因组研究成果(图1)。该研究以宝石鲈为实验材料,结合Illumina二代、Nanopore三代和Hi-C测序以及转录组数据,构建24对染色体组成的全基因组图谱,注释到26,905个基因,鉴定出宝石鲈不饱和脂肪酸重要合成基因,并预测多种重要鲈鱼的共同祖先染色体情况。

我校鲁义善教授、深圳市华大海洋研究院博士生李蕊晗为论文并列第一作者,鲁义善教授、华大海洋研究院副院长卞超副研究员和院长石琼院士为共同通讯作者。

宝石鲈富含不饱和脂肪酸。ω-3多不饱和脂肪酸(PUFA)的两种代表性类型二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),都是人体生长发育的必需脂肪酸。然而,人类自身无法合成这些ω-3多不饱和脂肪酸,只能从鱼油等食物中获得。多数鱼类可利用脂肪酸前体生物合成各种ω-3多不饱和脂肪酸,但能力差异极大。这一生物合成过程主要由两个关键酶控制,即脂肪酸去饱和酶(由fads基因编码)和长链脂肪酸延长酶(由elovl基因编码)。

哺乳动物有一系列fads基因(fads1、fads2和fads3),而大多数硬骨鱼类只有一个fads2;在哺乳动物中总共报告了七个elovl基因家族成员(elovl1~7),其中elovl1、elovl3、elovl6和elovl7编码延长酶以催化饱和与单不饱和脂肪酸的延长,而elovl2、elolv4和elovl5编码蛋白以延长多不饱和脂肪酸。鱼类elovl2、elovl4和elovl5的功能与哺乳动物的类似。近来,有研究证实长鳍篮子鱼中存在两种elovl8(分为elovl8a和elovl8b;在哺乳动物中未发现),并且elovl8b在多不饱和脂肪酸的延伸中发挥重要作用。由于ω-3多不饱和脂肪酸含量高,宝石鲈可以作为详细探索ω-3多不饱和脂肪酸生物合成途径的良好模型。

本研究将宝石鲈几个与ω-3多不饱和脂肪酸生物合成相关的关键功能基因定位到染色体上,还预测宝石鲈中ω-3多不饱和脂肪酸含量高的一些可能机制。基于单拷贝基因建立了宝石鲈与7种代表性硬骨鱼类的系统发育进化位置,并在四种已测序的鲈鱼(宝石鲈、欧洲鲈、大口黑鲈和中国鲈鱼)中推断出具有常见染色体易位的鲈鱼祖先核型。作为一种重要的遗传资源,宝石鲈基因组组装图谱将支撑对这个经济鱼类进行深入的生物学研究和分子育种研发。

进化分析发现,宝石鲈和欧洲鲈聚为一个分支。这两种鲈鱼之间的密切关系与传统的形态分类相一致,它们的分化时间估计在7,170万年前(图1)。

1九种代表性硬骨鱼的分化时间树。金龙鱼被用作外群,蓝色数字表示分化时间


对宝石鲈全基因组解析结果发现,宝石鲈与ω-3合成有关的基因分散分布在6条染色体上,说明这些基因不是源自于串联重复,而有可能来自于基因组复制。其中fads2位于6号染色体,elovl4a位于16号染色体,elovl4b位于13号染色体,elovl5位于14号染色体,elovl8a位于3号染色体,elovl8b位于8号染色体(图2)。宝石鲈缺乏elovl2,这与多数海洋鱼类相似,说明宝石鲈最早可能也来源于海洋。与多数硬骨鱼类只有一种elovl4相比,宝石鲈拥有elovl4a和elovl4b两个基因;此外,宝石鲈还拥有在篮子鱼里报道的elovl8a和elovl8b两个基因。这些数据表明,宝石鲈具有强大的ω-3合成能力,这可能是其ω-3含量高的根本原因。


图2宝石鲈与多不饱和脂肪酸合成有关基因分布


附:

文章来源:Lu, Y., Li, R., Xia, L. et al. A chromosome-level genome assembly of the jade perch (Scortum barcoo). Scientific Data 9, 408 (2022).

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41597-022-01523-y

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