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黄海所专家主导绘制褐牙鲆全基因组精细图谱,揭示比目鱼变态发育的分子机制

       由黄海水产研究所陈松林研究员带领的研究组与上海海洋大学、德国维尔茨堡大学、葡萄牙阿尔加夫大学、深圳华大基因研究院等单位的科研人员联合破译了褐牙鲆全基因组序列,通过与半滑舌鳎全基因组比较分析,初步揭示了比目鱼类变态发育的分子机制。该研究成果于2016年12月5日在《自然-遗传》(Nature Genetics)杂志(IF=31.6)在线发表(doi:10.1038/ng.3732)。这是该团队继2014年Nature Genetics、Genome Research之后,再次在基因组领域国际期刊发表高水平论文。 
       在该项研究中,科研人员对褐牙鲆开展了高深度基因组测序、组装和分析,绘制了褐牙鲆染色体图谱。通过与半滑舌鳎全基因组比较发现,尽管褐牙鲆和半滑舌鳎在七千万年前就已经开始分化,但是两者的基因组存在高达85%的相似性,且有高达15,534个同源基因。通过比较基因组学分析,筛选到153个比目鱼特异的基因家族、12个比目鱼扩张的基因家族以及106个比目鱼的正选择基因,这些基因、基因家族与细胞分裂和凋亡、眼睛大小调控、视网膜神经递质、软骨重构、体轴发育、甲状腺激素、视黄酸信号通路以及光传导通路等比目鱼变态过程中的生理和形态学变化密切相关。
       利用褐牙鲆和半滑舌鳎变态发育不同时期的转录组测序,筛选到2,307个差异表达的直系同源基因,其中包括21个甲状腺激素信号通路基因以及9个视黄酸信号通路基因。通过甲状腺激素合成抑制剂抑制实验以及视黄酸注射实验表明,视黄酸通过干扰甲状腺激素对视黄酸受体/甲状腺激素受体形成的异二聚体作用而抑制眼睛移动,揭示了褐牙鲆眼睛的移动受到甲状腺激素和视黄酸信号通路的拮抗调控。
       利用液相色谱和串联质谱法检测显示褐牙鲆两侧皮肤视黄酸浓度存在显著差异,并且视黄酸注射可以显著增加皮肤中色素细胞的数量,表明视黄酸在比目鱼体色不对称发育中也起到重要调控作用。尤为有意思的是光传导通路上的视蛋白在比目鱼皮肤上也有表达。在不同波长光照射下,随着比目鱼在变态过程中身体逐渐发生扭转,有眼侧皮肤的蓝光视蛋白可以接受更多的光照,导致体表视黄酸的合成,诱导成体型色素细胞分化;而无眼侧皮肤由于光照较少,导致该体侧不能形成大量黑色素细胞,从而首次揭示了比目鱼体色左右不对称的形成机制。
       比目鱼基因组及变态发育分子机制的解析不仅为达尔文进化论关于不对称的进化起源提供了新的注解,为理解脊椎动物形态发育提供了新的线索,同时在生产实践中为防止比目鱼发生变态异常以及白化现象具有重要的指导意义。
       邵长伟、鲍宝龙、谢志远、陈新页、李波、贾晓东为该论文的共同第一作者,陈松林、Manfred Schartl, 王清印、Deborah Power为该论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、科技部863计划项目、山东省泰山学者项目、上海高校东方学者项目等的资助。

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(基因组室 供稿)

2016-12-06