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基因组测序+遗传图谱+群体进化揭示南极黑鳍银鱼对极端环境的适应性

发布时间:2019-3-26 16:14:58阅读次数: 分享到:


研究背

        南极银鱼是唯一一个缺乏功能性血红蛋白基因和红细胞的脊椎动物,但是却对南极极度寒冷的天气有很强的适应性,作者为了探寻这一现象对南极银鱼进行了高质量的基因组组装和遗传图谱构建,并与其它鱼类物种做了群体进化分析。


实验设计路线




01 基因组组装结果展示




     由于PacBio的长读长优点,可以看到组装的基因组大小1.1Gb左右,contigN50 =1.5Mb,根据转录组的数据进行基因组注释得到30773个基因。


02 连锁图谱构建及辅助基因组挂载到染色体水平


       通过连锁图谱可以看到南极银鱼构建出了24个连锁群(LG),这也提示南极银鱼有24条染色体,在得到的连锁图谱中,作者发现与青鳉鱼(Medaka)的连锁图有很高的直系同源性,为了更进一步了解南极银鱼的基因组变异情况,作者选取12号连锁群与青鳉鱼(Medaka)、海鲈鱼(Sea bass)对应的连锁群进行了比较分析,结果如下:

南极银鱼12号图谱与青鳉鱼12图谱比较


南极银鱼12号图谱与海鲈鱼19号图谱比较


      通过南极银鱼与其他两种鱼的基因组比较可以发现,其染色体通过倒位和调换发生了重排。


03 系统进化和基因扩张分析


        南极银鱼组装得到的高质量基因组和其他12种硬骨鱼类进行系统进化分析可以发现在大约35 Ma(Millions of years ago)南极出现冰川,然后银鱼在大约7Ma从Dragonfish发生分支,产生新的物种。


04 南极银鱼群体历史分析


        通过基因组测序和组装,作者得到9,365,677个杂合SNP位点,上图可以看到南极银鱼的群体数量在1Ma左右达到最高点,在此期间温度缓慢下降,银鱼有充分时间来适应该环境,一些对热敏感的银鱼不能适应环境而被淘汰,导致种群数量发生下降。

        南极银鱼既然可以适应南极洲寒冷的气候,原因是什么呢?作者接下来又分析了AFGP和透明带(zona pellucida)基因家族(AFGP在成年鱼中表达,透明带蛋白在胚胎中表达),这些家族基因产生的蛋白可以使银鱼避免被寒冷冻坏,例如透明带蛋白可以显著降低冰的熔点,使银鱼胚胎细胞避免结冰。


05 南极银鱼扩张基因簇鉴定


        上面讲到作者分析了AFGP和zona pellucida基因来寻找银鱼抗极端环境的分子机制,通过与其他鱼类基因基因比较可以发现银鱼Ice_000083 contig上发生了afgp和tryp的大量串联重复(注:AFGP由胰蛋白酶原基因(tryp)进化而来),这也就解释了银鱼的抗寒特性。对于zona pellucida基因,作者做了同样的扩张基因簇分析,结果如下:

        除了研究银鱼的抗寒机制外,作者还关注了南极银鱼对氧环境的适应性以及对南极地区极昼和极夜环境的适应机制,都发现有基因簇的扩张或收缩现象出现,这里就不再一一赘述。

      

      各位小哥哥小姐姐们看到这里是不是也想自己来做个相关研究,发表一篇高水平文章呢,MG娱乐网站网址有PacBio官方认证的Sequel测序仪,并且基因组、遗传图谱和群体进化统统可以做,各位还等什么呢,赶快拿起手里的电话联系MG娱乐网站网址吧!


      配图来源于网络/侵删



      参考文献:

      Antarctic blackfin icefish genome reveals adaptations to extreme environments. Nat Ecol Evol 2019 Mar;3(3)





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