單性生殖缺乏減數(shù)分裂同源重組，導(dǎo)致有害突變積累以及阻礙遺傳多樣性產(chǎn)生，因而單性生殖通常被認(rèn)為是演化的“死胡同”。有些單性生殖魚(yú)類(lèi)和爬行類(lèi)存在時(shí)間已經(jīng)遠(yuǎn)超出其預(yù)測(cè)的滅絕時(shí)間，并展現(xiàn)出較高的遺傳多樣性和較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。然而，脊椎動(dòng)物單性生殖的演化機(jī)制尚不清楚。

 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院水生生物研究所研究員桂建芳團(tuán)隊(duì)、西北工業(yè)大學(xué)教授王文團(tuán)隊(duì)與華大基因教授方曉東團(tuán)隊(duì)等深度合作，以六倍體雌核生殖銀鯽為研究對(duì)象，揭示了銀鯽生殖成功的演化謎團(tuán)。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)對(duì)有性生殖四倍體鯽（crucian carp： Carassius auratus）和雌核生殖六倍體銀鯽（gibel carp： Carassius gibelio）進(jìn)行全基因組測(cè)序，并組裝成染色體水平的單倍型基因組。研究顯示，它們的單倍型基因組均含有50條染色體，包含兩個(gè)亞基因組（25條染色體來(lái)自于亞基因組A，25條染色體來(lái)自于亞基因組B）。測(cè)序覆蓋度分析發(fā)現(xiàn)，四倍體鯽是雙二倍體（amphidiploid：AABB），即包含兩套二倍體基因組，每套二倍體基因組源于不同祖先；揭示六倍體銀鯽是雙三倍體（amphitriploid：AAABBB），即包含兩套三倍體基因組，每套三倍體基因組源自不同祖先。

 

　　該研究通過(guò)不同品系雙二倍體鯽和雙三倍體銀鯽重測(cè)序數(shù)據(jù)證明：約82-96萬(wàn)年前，雙三倍體銀鯽由祖先雙二倍體鯽經(jīng)同源三倍化而形成。雙三倍體銀鯽通過(guò)雌核生殖克服三個(gè)同源染色體不能正常配對(duì)和均等分離的生殖障礙。比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，減數(shù)分裂細(xì)胞周期相關(guān)基因以及一個(gè)卵母細(xì)胞特異組蛋白變體在雌核生殖銀鯽中發(fā)生了大量擴(kuò)張，且大多數(shù)擴(kuò)張基因在卵巢和卵母細(xì)胞中均有表達(dá)。此外，細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，雙三倍體銀鯽通過(guò)抑制減數(shù)第一次分裂而產(chǎn)生不減數(shù)的卵子，且在卵子成熟過(guò)程中，檢測(cè)到偶發(fā)的同源重組事件以及很高的基因轉(zhuǎn)換率。這些基因組的改變或有利于雙三倍體銀鯽清除有害突變以及維持基因組穩(wěn)定性。

 

　　該研究首次提出了雙三倍體概念，解析的銀鯽基因組是第一個(gè)雙三倍體基因組，這為單性多倍體脊椎動(dòng)物生殖成功的演化機(jī)制提供了創(chuàng)新見(jiàn)解，并為促進(jìn)銀鯽精準(zhǔn)遺傳育種提供了寶貴資源。

 

　　相關(guān)研究成果以Comparative genome anatomy reveals evolutionary insights into a unique amphitriploid fish為題，發(fā)表在Nature Ecology & Evolution上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。