中科院海洋所破译海参基因组

2017-10-13 16:00:49 来源: 央广网 作者:

  央广网青岛10月13日消息(记者王伟)记者从中科院海洋所获悉,国际学术期刊PLoS Biology13日在线刊发了由中国科学院海洋研究所杨红生研究员课题组和相建海、李富花研究员课题组主导,天津生物芯片技术公司、加拿大纽芬兰纪念大学等单位合作,由张晓军、孙丽娜、袁剑波等青年科研人员为共同第一作者,协力完成的研究论文“The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration”。该研究首次完成了仿刺参Apostichopus japonicus(俗称海参)的全基因组精细参考图谱的绘制,揭示了海参的特殊形态进化与强大再生潜能的分子基础。

  海参属于棘皮动物,是其中体型与形态最为特殊的种类,且处于从无脊椎向脊椎动物分化的独特进化地位,也是国内外重要的海产经济物种,具有极高的营养与医用价值。在该研究中,研究人员利用Illumina和Pacbio测序平台和优化的组装策略,构建了海参全基因组的精细图谱,ContigN50 达到190 KB, Scaffold N50达到486 KB,编码30,350个基因。分析发现了调控动物关键进化过程中脊索形成的关键转录因子Brachyury基因的FGF基因在棘皮动物中显著收缩为1个,提示了棘皮动物在长期的进化过程中脊索、咽鳃裂消失的潜在原因。海参的近亲--海胆具有显著、发达的外骨骼,而海参外观柔软,骨骼退化为细小的桌形体,基因组解析发现它们都具有相对完整的骨骼发育通路,而不同之处在于海胆的矿化基因为31个,海参缩减为7个,而且海参矿化基因在发育过程中低表达,这才是其骨骼显著退化的根本原因。

  强大的再生潜能是棘皮动物最显著的特征之一,该研究利用多组学方法揭示了海参超强再生能力的分子机制。该种海参在强烈环境胁迫下可以将体内内脏几乎全部排出体外,当环境适宜后,可在2-3周重新长出功能完善的内脏器官。研究揭示了海参再生特有的由11个基因串联重复组成的PSP94-like基因簇和显著扩张成簇的fibrinogen-related protein (FREP)基因是海参具有超强再生能力的根本原因之一。

  该研究为组织器官再生机制与再生医学应用、棘皮动物进化等研究提供了范式,也为海参遗传选育提供了完整、重要的理论基础。该研究得到国家863计划、中国科学院先导专项、国家自然科学基金、鳌山科技创新计划项目的资助。

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