首例骨條藻基因組參考基因組構(gòu)建揭示捕光色素和光受體基因家族擴(kuò)張
中國科學(xué)院海洋研究所陳楠生課題組成功構(gòu)建海洋優(yōu)勢浮游植物瑪氏骨條藻(Skeletonema marinoi)染色體水平基因組,并揭示其捕光色素和光受體基因家族顯著擴(kuò)張,為解析瑪氏骨條藻全球的生態(tài)適應(yīng)提供了新思路。這項成果近期發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Science of The Total Environment上。

利用比較基因組分析揭示瑪氏骨條藻的優(yōu)勢分布及環(huán)境適應(yīng)機(jī)制
骨條藻屬(Skeletonema)是我國近海的優(yōu)勢浮游植物,也是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的重要初級生產(chǎn)者,驅(qū)動海洋食物網(wǎng)和生物地球循環(huán)。多種骨條藻物種可引發(fā)赤潮,危害海洋生態(tài)環(huán)境。分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用揭示骨條藻屬物種具有很高的多樣性,包括22種骨條藻物種(AlgaeBase),宏條形碼分析發(fā)現(xiàn)我國近岸海域存在多個骨條藻物種。針對膠州灣海域浮游植物群落的宏條形碼分析發(fā)現(xiàn),瑪氏骨條藻是膠州灣海域的優(yōu)勢物種,在冬春季節(jié)的相對豐度尤其高。因此,科研人員選擇瑪氏骨條藻為模式生物,從基因組入手探討其生理及生態(tài)適應(yīng)機(jī)理。
團(tuán)隊利用高通量測序(包括Illumina測序和PacBio測序)和Hi-C輔助組裝技術(shù)完成了對瑪氏骨條藻CNS00100株系的全基因組測序和組裝,成功構(gòu)建了骨條藻屬第一個染色體水平的高質(zhì)量基因組?,斒瞎菞l藻基因組全長為64.99Mb,包括24條染色體。研究發(fā)現(xiàn)瑪氏骨條藻的基因組內(nèi)具有較多大片段重復(fù),表明該藻基因組內(nèi)發(fā)生了基因組重復(fù),導(dǎo)致其基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于近緣物種偽矮海鏈藻的基因組(34.5Mb)。
光是光合生物的能量來源,將來自太陽的光能轉(zhuǎn)化為儲存在有機(jī)化合物中的化學(xué)能,是食物鏈的基礎(chǔ)。此外,光也是生物體從環(huán)境中獲取關(guān)鍵信息的最重要信號之一,是生物適應(yīng)環(huán)境的重要因素。比較基因組發(fā)現(xiàn),瑪氏骨條藻基因組內(nèi)光吸收相關(guān)的基因組家族得到了顯著擴(kuò)張,比如光捕獲基因硅藻巖藻黃素-葉綠素a/c蛋白、光受體基因aureochromes和隱花色素(cryptochrome)。顯著擴(kuò)張的光相關(guān)基因家族為探討瑪氏骨條藻全球生態(tài)適應(yīng)提供了重要研究思路。高質(zhì)量瑪氏骨條藻基因組的成功構(gòu)建為解析這一優(yōu)勢沿岸硅藻的生態(tài)適應(yīng)和進(jìn)化特征提供了理論基礎(chǔ)。
文章第一作者是中國科學(xué)院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點實驗室特別研究助理劉淑雅博士,通訊作者是陳楠生研究員,徐青博士為共同作者。研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金委面上基金和青年基金等項目資助。
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