西藏自治区农牧科学院牟振波团队绘制完成世界首个染色体水平的高原特有典型四倍体鱼类的基因组图谱

原创李晨小柯生命

2020年9月25日，《细胞》旗下iScience杂志发表西藏自治区农牧科学院（以下简称西藏农科院）水产科学研究所所长牟振波团队最新成果。

他们绘制完成了世界上首个染色体水平的高原特有典型四倍体鱼类——异齿裂腹鱼的基因组图谱，为其他高原鱼类进化、基因组多倍化和极端环境适应性研究提供了重要的信息和参考。

牟振波告诉《中国科学报》，过去5000万年间，青藏高原一直处于隆升过程，并伴随着极端地质运动和气候变化。这使得青藏高原成为了研究高原环境下动物进化和适应机制的“天然实验室”，也是全世界生物学家关注的热点区域。

鱼类相对于陆生生物而言，更容易受到地质变化和气候波动下的水生态环境的影响，因此高原特色鱼类是研究高原环境下生物进化、物种形成和适应性机制良好的生物材料。然而，目前高原生物进化和适应性研究主要集中在人类、动物和植物等陆生生物。

异齿裂腹鱼基因组基因组组装和分析（引自https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101497）

“裂腹鱼亚科隶属鲤形目、鲤科，是随着青藏高原的隆升而出现的特化类群，属青藏高原鱼类三大类群之一。在中国有70多种，占世界的80%以上，主要分布在青藏高原及其邻近地区的湖泊和河流中。裂腹鱼亚科大多数为四倍体或六倍体，因此，裂腹鱼是研究多倍体鱼类和高原适应性机制的重要材料。异齿裂腹鱼是青藏高原雅鲁藏布江中分布量最大、对生态环境最重要的一种裂腹鱼。”论文通讯作者、西藏农科院研究员刘海平说。

刘海平研究员在雅鲁藏布江进行采样和资源调查西藏农科院供图

研究团队在获得了染色体级别的基因组序列后，对基因组进行了深入分析。论文第一作者肖世俊介绍，研究发现，异齿裂腹鱼在大约123万年前发生了全基因组复制，目前复制后的二套染色体之间序列的一致性高达95%以上，但是它们之间存在大量的重复序列插入。

进一步研究发现，这些重复序列的插入，不仅形成了再二倍化的初步序列特征，而且影响了附近基因的表达模式，导致了基因表达和功能的再二倍化。同时，与DNA修复、叶酸吸收代谢和能量平衡相关的基因受到了显著的自然选择，这可能促动了异齿裂腹鱼的高原适应性的形成。

刘海平说，异齿裂腹鱼全基因组复制的时间与末次冰期青藏高原加速隆起时间一致，进一步体现了异齿裂腹鱼基因组对于研究高原特色鱼类进化和高原地理气候演化关系的重要性。

值得注意的是，与目前已经报道的其他多倍体鱼类不同，异齿裂腹鱼是迄今为止发现的较年轻的自然多倍体鱼类，这为科学家们提供了研究多倍体基因组早期进化和再二倍化非常珍贵的材料。该研究是青藏高原鱼类基因资源开发、利用和保护研究的重要进展。

中国科学院院士、中科院水生生物研究所研究员桂建芳评价道：“多倍体鱼类不仅是重要的育种材料，而且在极端自然环境下鱼类进化、物种形成和适应性方面发挥了重要的作用。该研究对于阐释青藏高原裂腹鱼多倍化与其环境适应性有非常重要的意义。”

中国农业科学院国际家畜研究所研究员韩建林对《中国科学报》说：“青藏高原的生物资源为生物进化和育种研究提供了宝贵的研究资源。异齿裂腹鱼基因组的公布和挖掘，揭示了青藏高原四倍体鱼类的进化和早期再二倍化的基因组特征，填补了国际上青藏高原多倍体鱼类基因组研究的空白。”

西藏农科院水产科学研究所为该研究第一完成单位，武汉理工大学、华中农业大学、西南大学、大连海洋大学和吉林农业大学共同完成。西藏农科院肖世俊博士和范丁丁为本文的第一作者。上述研究工作得到了西藏自治区财政专项资金、国家自然科学基金等项目的资助。