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破译首个比目鱼基因组揭秘性染色体起源

更新:2014年03月02日 阅读次数: 【字体:

近日,迄今为止世界上首个比目鱼基因组——半滑舌鳎全基因组精细图谱在青岛宣布完成。中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员陈松林表示,这是世界上首个测序完成的比目鱼基因组图谱,标志着鲆鲽鱼类养殖研究进入基因组时代。

在国家公益性行业(农业)科研专项、国家863项目和国家自然科学基金重点等项目的支持下,陈松林联合深圳华大基因研究院、德国维尔茨堡大学、法国农业科学研究院和新加坡国立大学等单位组建的国际合作研究团队成功破译了该图谱,这是国内完成的第一个鱼类全基因组精细图谱。该研究成果以Article形式于2014年2月2日在《自然—遗传学》(Nature Genetics)杂志在线发表。

半滑舌鳎是中国特有的名贵经济海水鱼类,属于近海温水性底层鱼类。脊椎动物性染色体的起源和进化一直是生物学界的研究热点,半滑舌鳎性染色体分化程度大,雌雄表型差异显著,成为研究脊椎动物性染色体进化和表型分化的理想模型。

研究中,科研人员对半滑舌鳎雌雄鱼分别进行高深度全基因组从头测序、组装和分析,发现半滑舌鳎性染色体进化十分快速。

值得一提的是,研究还发现半滑舌鳎的性染色体并不和已知性染色体的鱼类共祖先,而是和鸡的ZW染色体共起源,揭示半滑舌鳎和鸡性染色体的趋同进化现象。特别是发现半滑舌鳎dmrt1基因是Z染色体连锁、雄性特异表达、精巢发育必不可少的关键基因,表现出性别决定基因的特性。

众所周知,半滑舌鳎雄性个体小、生长慢、且繁殖比例高,严重影响了渔民养殖的积极性,限制了苗种推广及养殖产业的发展。该研究通过半滑舌鳎雌、雄鱼全基因组测序及比对分析筛选到性别特异微卫星标记,发现普通养殖群体中的生理雌鱼比例仅为10-30%;揭示了伪雄鱼Z染色体上的性别调控基因的甲基化可以遗传给后代;揭示了半滑舌鳎伪雄鱼后代更容易变成伪雄鱼;发现了伪雄鱼W精子难以成活是导致ZW雌鱼和ZW伪雄鱼交配后代中没有WW超雌鱼的奥秘,为半滑舌鳎性别控制和高雌性苗种研制提供了理论依据和技术手段。

此外,科研人员从基因组和转录组水平出发,发现半滑舌鳎变态发育前后差异基因富集于底栖适应性相关性状,筛选到可能与变态发育相关的15个正选择基因;发现半滑舌鳎表现出对底栖生活的适应性和明显的视觉退化现象。研究揭示了半滑舌鳎底栖生活阶段视觉退化后可能通过强大的侧线器官以及特异的感觉器官-乳头状突起进行弥补的分子机制。

陈松林表示,该图谱对解析鲆鲽鱼类性别决定、生长、生殖发育、免疫抗病、变态、生态适应等重要性状的分子机制具有重要意义,且为其他脊椎动物性染色体进化和性别决定机制的深入研究提供了宝贵的遗传资源,同时也为半滑舌鳎性别控制、全基因组选择育种技术的建立以及高产高雌和抗病良种培育奠定了坚实基础, 具有重要的理论意义和应用价值。

破译首个比目鱼基因组揭秘性染色体起源

推荐的英文摘要:

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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