科學家完成南極磷蝦基因組圖譜破譯

中國水產科學研究院黃海水產研究所海水養(yǎng)殖生物育種與可持續(xù)產出全國重點實驗室聯合青島華大基因研究院等機構，日前在南極磷蝦超大基因組組裝、極端環(huán)境適應和群體歷史演化研究方面取得突破性進展。相關研究成果已于北京時間2日被國際知名學術刊物《細胞》正式在線發(fā)表。

種群規(guī)模龐大的南極磷蝦，是人類重要的蛋白質儲存庫和戰(zhàn)略資源，在南極生態(tài)系統的物質和營養(yǎng)運輸過程中發(fā)揮著關鍵作用，也是南大洋生態(tài)系統生物和功能多樣性的關鍵物種。但由于其超大且復雜的基因組結構特征，南極磷蝦的繁衍與生存之謎，一直未有明確答案。

此次來自中國、德國、澳大利亞、意大利等國的科研人員，在中國水產科學研究院黃海水產研究所、青島華大基因研究院主導下，利用新一代測序技術對南極磷蝦開展了高深度的基因組測序、組裝和分析，最終得到了48Gb的超大動物基因組。這一數量約為人類基因組的16倍。

科研人員還發(fā)現在南極磷蝦進化過程中經歷了兩次基因組爆發(fā)式擴張。相較其他甲殼類生物，其基因組重復序列含量達92.45%，也遠超科學界進行過類似研究的物種。

在進一步研究中，科研人員完善了南極磷蝦生物鐘的雙反饋回路，發(fā)現南極磷蝦已進化出由晝夜節(jié)律系統控制的身體適應和行為模式，相關基因也已為適應極地生存特殊環(huán)境奠定遺傳基礎。

采集自不同區(qū)域的南極磷蝦樣本，具有較高的遺傳連通性，地理群體之間沒有實質性差異。在群體歷史演化的研究上，科研團隊發(fā)現南極磷蝦的有效種群大小先在1000萬年前急劇減少、又在10萬年前出現反彈擴張。前者與當時氣候的劇烈波動和南大洋溫度的整體下降相吻合，后者或因較冷的溫度拓展了海冰面積、擴大了磷蝦棲息地，進而推動種群的擴張。

“這些成果通過基因組學和群體遺傳學的深入分析，為海洋生物極端環(huán)境適應機制及其群體演化的深入解析提供了新的理論參考, 為生物多樣性保護及后續(xù)海洋生物群體遺傳學研究提供了實質性借鑒。”中國科學院海洋研究所研究員張琳琳說。