單株系宏條形碼分析揭示骨條藻物種基因組內(nèi)核糖體基因序列多樣性
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所陳楠生課題組通過對(duì)骨條藻物種單株系開展基于核糖體基因18S rDNA V4區(qū)的宏條形碼分析,發(fā)現(xiàn)每個(gè)骨條藻單株系內(nèi)存在大量18S rDNA V4擴(kuò)增子序列變異(amplicon sequence variants,ASVs),表明其基因組內(nèi)存在較高水平的rDNA基因組內(nèi)變異(intra-genomic variation,IGV)。這項(xiàng)成果近期發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Environmental Research(Top期刊Q1,IF=7.7)。
骨條藻屬(Skeletonema)物種是我國(guó)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。生態(tài)調(diào)查發(fā)現(xiàn)骨條藻屬物種在我國(guó)廣泛分布?;谕ㄓ梅肿訕?biāo)記18S rDNA V4的宏條形碼分析發(fā)現(xiàn)骨條藻具有較高的分子多樣性(molecular diversity),且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于物種多樣性(species diversity)。浮游植物的rDNA由一段段基因簇串聯(lián)重復(fù)構(gòu)成的,每個(gè)基因簇(拷貝單元)由基因間隔區(qū)和18S、ITS1、5.8S、ITS2和28S rDNA構(gòu)成,拷貝單元之間由于協(xié)同進(jìn)化高度相似,然而高度相似性并不意味著完全的序列同一性,拷貝單元之間存在變異,在真核生物中被廣泛報(bào)道。因此,環(huán)境調(diào)查宏條形碼方法揭示的分子多樣性不僅包括了物種間的多樣性和物種內(nèi)的遺傳多樣性,還包括基因組內(nèi)拷貝多樣性,并且基因組內(nèi)拷貝多樣性占據(jù)主導(dǎo)貢獻(xiàn)。由此研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)骨條藻物種的18S rDNA V4也存在較高的IGVs。
研究團(tuán)隊(duì)選擇了49個(gè)骨條藻株系(7個(gè)骨條藻物種)開展了單株系宏條形碼分析,探討宏條形碼分析中高水平分子多樣性的特點(diǎn)及其本質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個(gè)骨條藻株系含有大量骨條藻ASVs,包括1個(gè)或者兩個(gè)相對(duì)豐度很高的優(yōu)勢(shì)ASVs和大量的非優(yōu)勢(shì)ASVs,表明宏條形碼分析獲得的分子多樣性以基因組內(nèi)拷貝序列多樣性(即IGVs)為主導(dǎo)。大多數(shù)物種的所有株系共享同一個(gè)優(yōu)勢(shì)ASV,因此該優(yōu)勢(shì)ASVs決定了物種多樣性。但是,中肋骨條藻(Skeletonema costatum)的7個(gè)株系中具有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)ASVs,并且在不同株系中兩者占比不同,表明骨條藻的優(yōu)勢(shì)ASVs不僅代表骨條藻物種多樣性,也可能代表物種內(nèi)遺傳多樣性。
該研究以基因組內(nèi)核糖體基因18S rDNA V4序列變異為切入點(diǎn),開展單株系宏條形碼分析,探討宏條形碼分析中高水平分子多樣性的特點(diǎn)及其本質(zhì),為環(huán)境樣本的宏條形碼分析調(diào)查提供正確的解讀思路。

骨條藻屬單株系宏條形碼分析揭示基因組內(nèi)變異
該論文第一作者是中國(guó)科學(xué)院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特別研究助理劉淑雅博士,通訊作者是研究員陳楠生。博士研究生丁翔翔和劉奎艷也參與了這部分工作。相關(guān)研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、自然科學(xué)基金委面上基金和青年基金項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。
相關(guān)文章及鏈接:
Shuya Liu,Xiangxiang Ding,Kuiyan Liu,Nansheng Chen*,Harmonized coexistence of intragenomic variations in diatom Skeletonema strains,Environmental Research,Volume 262,Part 1,2024,119799,https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.119799.
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