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    中國科學(xué)院海洋所發(fā)現(xiàn)基因組內(nèi)簡單重復(fù)序列在對蝦適應(yīng)性進(jìn)化中的關(guān)鍵作用

    放大字體  縮小字體 時間:2021-03-16 11:11 來源:中國科學(xué)院海洋研究所 原文:
    核心提示:近日,由中科院海洋所李富花課題組主導(dǎo)完成的科研論文“Simple sequence repeats drive genome plasticity and promote adaptive evolution in penaeid shrimp”在Nature子刊《Communications Biology》在線發(fā)表。
      近日,由中科院海洋所李富花課題組主導(dǎo)完成的科研論文“Simple sequence repeats drive genome plasticity and promote adaptive evolution in penaeid shrimp”在Nature子刊《Communications Biology》在線發(fā)表。該研究針對簡單重復(fù)序列(simple sequence repeat, SSR)在對蝦基因組內(nèi)呈爆發(fā)式擴(kuò)張的現(xiàn)象,首次提出SSR在基因組內(nèi)急速擴(kuò)張的新機(jī)制,揭示了SSR在對蝦基因組的可塑性和適應(yīng)性進(jìn)化過程中的關(guān)鍵作用。
     
      SSR是由1-6個堿基串聯(lián)重復(fù)多次形成,在所有已測基因組物種中含量普遍較低(僅約1%左右),而且它們通常被認(rèn)為是沒有功能的,屬于基因組上的“垃圾DNA”。然而,該課題組前期研究發(fā)現(xiàn)凡納濱對蝦基因組SSR含量竟高達(dá)23.93%,引發(fā)了研究人員對于SSR在對蝦進(jìn)化中的功能及作用機(jī)制的濃厚興趣。
     
      為了探究SSR的分布特征和功能,研究人員完成了另一種對蝦——中國明對蝦的全基因組測序和組裝,并基于Hi-C測序,構(gòu)建了凡納濱對蝦和中國明對蝦染色體水平的基因組圖譜。通過比較基因組學(xué)分析,推斷SSR的爆發(fā)式擴(kuò)張發(fā)生在對蝦的祖先基因組上,而SSR的特異性擴(kuò)張也出現(xiàn)在不同對蝦分化之后。SSR的擴(kuò)張事件也與生物大滅絕事件后對蝦的快速進(jìn)化時間一致,提示了SSR在對蝦適應(yīng)性進(jìn)化過程中的關(guān)鍵作用。
     
      本研究首次發(fā)現(xiàn)SSR爆發(fā)式擴(kuò)張的新機(jī)制,與傳統(tǒng)認(rèn)為的復(fù)制滑動突變模型不同,研究人員發(fā)現(xiàn)對蝦SSR的爆發(fā)式擴(kuò)張主要與轉(zhuǎn)座元件的攜帶有關(guān),并進(jìn)一步鑒定出近期活躍的轉(zhuǎn)座元件,推斷其仍具有攜帶SSR擴(kuò)張的潛能。此外,本研究發(fā)現(xiàn)SSR在對蝦基因組可塑性和環(huán)境適應(yīng)中具有重要作用,高密度的SSR分布引起對蝦染色體內(nèi)大規(guī)模基因組重排。
     
      盡管中國明對蝦和凡納濱對蝦親緣關(guān)系相近,但是它們在鹽度適應(yīng)能力上卻存在顯著差異。研究人員首次發(fā)現(xiàn)對蝦主要通過調(diào)控體內(nèi)自由氨基酸的含量來調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓,而SSR能富集于基因調(diào)控區(qū),參與滲透壓調(diào)節(jié)關(guān)鍵通路的基因表達(dá)調(diào)控。這些基因表達(dá)模式的差異可能是引起兩種對蝦滲透壓調(diào)控能力差異的重要原因。
     
      該成果為闡明生物體內(nèi)SSR的功能和甲殼動物對環(huán)境的適應(yīng)進(jìn)化研究提供了新的線索,也為對蝦基因組育種和分子改良提供了重要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。
     
      中科院海洋所袁劍波副研究員和張曉軍研究員、南開大學(xué)王敏教授為文章共同第一作者。中科院海洋所李富花研究員和相建海研究員、南開大學(xué)馮露教授為文章通訊作者。
     
      該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、“科學(xué)”號高端用戶項(xiàng)目、青島國家海洋科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目以及國家蝦現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項(xiàng)目資助。
     
      文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s42003-021-01716-y
    日期:2021-03-16
     
     地區(qū): 中國
     行業(yè): 轉(zhuǎn)基因食品 漁業(yè)水產(chǎn) 食品檢測
     標(biāo)簽: 基因 對蝦
     科普: 基因 對蝦
     
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