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近日，由中國水產科學研究院黃海水產研究所聯(lián)合青島華大基因研究院、德國阿爾弗雷德?魏格納研究所、澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織等機構組建的國際研究團隊，在國際上完成了迄今為止最大動物基因組參考序列——南極磷蝦基因組組裝，并揭示了南極磷蝦適應極端環(huán)境和群體歷史演化的分子基礎，為南極磷蝦資源的合理開發(fā)利用提供了重要理論依據(jù)。

南極磷蝦   中國水產科學研究院黃海水產研究所供圖

3月2日，國際頂級學術期刊《細胞》（《Cell》）以“巨大高重復基因組圖譜繪制揭示了南極磷蝦環(huán)境適應機制及其群體演化歷史”為題，在線發(fā)表了該研究成果。

cell官網截圖      中國水產科學研究院黃海水產研究所供圖

據(jù)悉，這是我國海洋漁業(yè)領域發(fā)表的第一篇《細胞》（《Cell》）主刊論文，也使得我國在南極磷蝦資源乃至極地生態(tài)系統(tǒng)研究領域步入國際領先序列。

3月3日，中國水產科學研究院黃海水產研究所、青島華大基因研究院聯(lián)合舉行南極磷蝦研究成果發(fā)布會，文章共同第一作者兼通訊作者、中國水產科學研究院黃海水產研究所基因組室主任邵長偉介紹，南極磷蝦基因組非常大，約為人類基因組的16倍，且具有高重復的特征，基因組組裝是阻礙該物種組學研究突破的最大挑戰(zhàn)。

本研究構建了約48GB的南極磷蝦基因組序列，這是迄今為止最大的動物基因組參考序列，比已發(fā)表的超大基因組非洲肺魚和澳大利亞肺魚大20%-30%。研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦重復序列含量高達92.45%，這源于南極磷蝦基因組重復序列的兩次爆發(fā)式擴張。

結合全長轉錄組數(shù)據(jù)，研究人員對南極磷蝦應對極晝極夜等極端環(huán)境的適應性進行了研究。通過與果蠅和哺乳動物比較發(fā)現(xiàn)，雙反饋回路中的關鍵基因沒有缺失，而部分基因在夏季和冬季顯示出不同的表達水平，表明南極磷蝦已經進化出由晝夜節(jié)律系統(tǒng)控制的身體適應和行為模式。在磷蝦基因組中鑒定到25個顯著擴張的基因家族中，有12個與南極磷蝦蛻殼或能量代謝相關，這表明南極磷蝦的相關基因為其適應極地特殊環(huán)境奠定了遺傳基礎。

南極磷蝦適應南極海洋環(huán)境的基因組變化   中國水產科學研究院黃海水產研究所供圖

研究團隊在南冰洋的4個南極磷蝦生物量較高的區(qū)域采集了75只，進行了群體遺傳學研究。結果發(fā)現(xiàn)，雖然分布在不同的區(qū)域，但南極磷蝦的遺傳序列組成沒有明顯區(qū)別，這就意味著不同地域群體之間沒有實質性差異。但是，南極磷蝦的遺傳分化仍會受其所在環(huán)境的影響。

業(yè)內專家認為，上述研究發(fā)現(xiàn)為海洋生物極端環(huán)境適應機制及其群體演化的深入解析提供了新的理論參考，也為南極磷蝦漁業(yè)資源的管理提供了理論依據(jù)，對于培育我國南極磷蝦這一海洋生物資源開發(fā)利用新興戰(zhàn)略產業(yè)、深度參與極地漁業(yè)國際治理具有重大意義。

邵長偉表示：“本研究不僅破譯了南極磷蝦的基因組序列，還分析了其重要性狀的分子機制，包括生長、繁殖、能量代謝以及極端環(huán)境適應性等，為我們深入了解南極磷蝦提供了基礎，也為南極磷蝦資源合理開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。”

文章共同通訊作者、青島華大基因研究院主任科學家范廣益表示：“南極磷蝦作為整個南極食物鏈的重要一環(huán)，其基因組的破譯不僅有利于我們從分子層面更深入地了解這個重要物種以及整個南極生態(tài)系統(tǒng)，更有望對南極漁業(yè)和生態(tài)資源的可持續(xù)發(fā)展提供助力。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.005