海洋所發(fā)表熱帶骨條藻高質(zhì)量染色體水平參考基因組
近日,中國科學(xué)院海洋研究所陳楠生課題組在硅藻基因組學(xué)研究方面取得新進(jìn)展,成功構(gòu)建了首個(gè)熱帶骨條藻(Skeletonema tropicum)的高質(zhì)量染色體水平參考基因組,相關(guān)研究成果發(fā)表在國際數(shù)據(jù)集期刊Scientific Data(Q1,IF=9.8)。這是該團(tuán)隊(duì)在2023年成功構(gòu)建海洋優(yōu)勢(shì)浮游植物瑪氏骨條藻(Skeletonema marinoi)染色體水平基因組之后完成的第二個(gè)骨條藻屬物種的基因組。
硅藻是海洋中最重要的浮游植物類群之一,多樣性和生物量極高,貢獻(xiàn)了約40%的海洋初級(jí)生產(chǎn)力和50%的海洋碳輸出通量,在海洋食物網(wǎng)和生物地球化學(xué)循環(huán)中扮演重要角色。硅藻種類眾多,估計(jì)有12,000-200,000個(gè)物種。然而,自第一個(gè)硅藻基因組(偽矮海鏈藻Thalassiosira pseudonana)于2004年得到構(gòu)建以來,迄今僅有十幾個(gè)硅藻物種的基因組得到構(gòu)建,且大部分基因組為草圖水平。其中僅四個(gè)硅藻物種(偽矮海鏈藻、三角褐指藻Phaeodactylum tricornutum、Fistulifera solaris和瑪氏骨條藻)的染色體水平基因組得到構(gòu)建,嚴(yán)重制約了硅藻生態(tài)學(xué)和演化研究進(jìn)展。骨條藻屬(Skeletonema)是我國近海的優(yōu)勢(shì)浮游植物,也是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的重要初級(jí)生產(chǎn)者,多種骨條藻物種可引發(fā)赤潮,危害海洋生態(tài)環(huán)境。前期基于膠州灣全年逐月的宏條形碼研究發(fā)現(xiàn),瑪氏骨條藻在冬季膠州灣的相對(duì)豐度尤其高,而熱帶骨條藻在夏秋季節(jié)占優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)其線粒體基因組和葉綠體基因組比較分析表明其結(jié)構(gòu)的保守,未能揭示兩種骨條藻的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制。染色體水平的瑪氏骨條藻基因組的構(gòu)建發(fā)現(xiàn)顯著擴(kuò)張的光相關(guān)基因家族可能是該藻適應(yīng)環(huán)境的重要機(jī)制。然而熱帶骨條藻的染色體基因組尚未構(gòu)建,阻礙了其生態(tài)適應(yīng)和系統(tǒng)進(jìn)化的深入研究。
在以前研究基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)綜合采用利用Illumina測(cè)序、PacBio測(cè)序和Hi-C輔助基因組組裝技術(shù),首次構(gòu)建了熱帶骨條藻完整的染色體水平的參考基因組。熱帶骨條藻基因組大小為78.78 Mb,掛載到23條染色體,contig N50長度為606.27 Kb,scaffold N50為3.17 Mb。熱帶骨條藻共注釋了20,613蛋白編碼基因,其中86.14%的基因可以注釋到功能。研究發(fā)現(xiàn)熱帶骨條藻基因組與瑪氏骨條藻基因組具有較好的共線性關(guān)系。熱帶骨條藻高質(zhì)量染色體水平基因組的構(gòu)建,對(duì)于利用比較基因組和比較轉(zhuǎn)錄組方法解析其環(huán)境適應(yīng)機(jī)制提供了重要平臺(tái)。

熱帶骨條藻染色體水平基因組
本項(xiàng)目由海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳楠生團(tuán)隊(duì)完成,特別研究助理劉淑雅為第一作者,陳楠生研究員為通訊作者。本研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
【論文鏈接】Shuya Liu, Nansheng Chen*. Chromosome-level genome assembly of marine diatom Skeletonema tropicum. Scientific Data, 11, Article number: 403 (2024). https://doi.org/10.1038/s41597-024-03238-8.
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