文献速递 | 基因组学在海洋生物研究中的应用（二）

上期，小编分享了三种不同海洋生物的基因组学研究，本期将继续分享基因组学在海洋鱼类进化研究中的应用。希望能给海洋鱼类基因组学研究方向的各位同学和老师提供一些研究思路！

1 .南极抗冻鱼类辐射进化史的寒冷适应性基因组学研究

文献标题：Genomics of cold adaptations in the Antarctic notothenioid fish radiation发表期刊：Nature Communications影响因子：16.6发表时间：2023.06.09文章链接：DOI: 10.1038/s41467-023-38567-6

摘要

南极鱼类是南冰洋中最主要的鱼类群体，它们有许多新的适应特征。为了增进对这一标志性鱼类群体进化过程的理解，该研究生成并分析了24个新物种的基因组组装，涵盖了辐射鱼类的主要亚群，其中包括五个长读数组装。基于全基因组序列数据中获得的时间校准系统发育数据，估计出该鱼类的辐射适应性始于1070万年前。我们发现基因组大小在多个转座元件家族扩张的驱动下发生了两倍的变异，并利用长读数数据重建了两个具有重要进化意义的高度重复基因家族位点。首先，我们展示了迄今为止最完整的抗冻糖蛋白基因家族的重建，该抗冻蛋白基因家族的出现使得南极鱼类能够在零度以下的环境中生存，展示了抗冻基因位点从祖先状态到派生状态的扩张。其次，我们通过对南极鱼家族两个血红蛋白基因簇的完全重建，追踪了唯一缺乏功能性血红蛋白的脊椎动物（冰鱼）中血红蛋白基因的丧失。血红蛋白和抗冻基因位点都具有多个转座子扩张的特征，这可能推动了这些基因的进化。

2 .基于三个染色体水平的弹涂鱼比较基因组揭示了其从水生到陆生的适应性分子机制

文献标题：Genomics comparisons of three chromosome-level mudskipper genome assemblies reveal molecular clues for water-to-land evolution and adaptation发表期刊：Journal of Advanced Research影响因子：10.7发表时间：2023.05.18文章链接：DOI: 10.1016/j.jare.2023.05.005

摘要

弹涂鱼是一大类水陆两栖鱼类，它们已经发展出了许多在陆地上生活的形态和生理能力。本研究通过结合PacBio、Nanopore和Hi-C测序技术分别对大弹涂鱼（Boleophthalmus pectinirostris）和大鳍弹涂鱼（Periophthalmus magnuspinnatus）进行了测序，并组装为染色体水平的基因组。结果显示，大弹涂鱼和大鳍弹涂鱼分别有23和25条染色体。此外，该研究还对已有参考基因组的广东弹涂鱼（P. modestus）基因组进行了重新注释，以获得高质量的注释基因集。通过比较基因组学的研究，作者在这三种弹涂鱼的基因组中发现了一些SCPP（分泌性钙结合磷蛋白）基因的缺失，这可能会导致弹涂鱼鳞片减少，有益于弹涂鱼的陆生生活。一种在多巴胺代谢和褪黑激素生物合成过程中重要酶类的编码基因AANAT1a也被证实在大鳍弹涂鱼基因组中缺失，而在广东弹涂鱼和大弹涂鱼基因组中仍存在，这表明大鳍弹涂鱼的空气视觉比广东弹涂鱼和大弹涂鱼更好。弹涂鱼属基因组内部的这些微小变化证明了弹涂鱼从水生到陆生的适应性是逐步进化而来的。这些高质量的弹涂鱼基因组组装将为深入探索两栖鱼类陆生适应性基因组的进化提供宝贵的资源。

3 .三个文昌鱼参考基因组揭示了脊索动物的基因和染色体进化

文献标题：Three amphioxus reference genomes reveal gene and chromosome evolution of chordates发表期刊：PNAS影响因子：11.1发表时间：2023.03.07文章链接：DOI: 10.1073/pnas.2201504120

摘要

缓慢进化的无脊椎动物文昌鱼在促进我们对脊椎动物起源和创新的理解方面具有不可替代的作用。该研究解析了三个文昌鱼物种的几乎完整的染色体水平基因组，其中一个最好地重现了17个脊索动物祖先的连锁群。该研究重建了全基因组复制后代之间的融合、保留或重排，经此产生的保留至今的微染色体可能会存在于脊椎动物祖先中。与脊椎动物相似，文昌鱼的基因组在子代活化开始时就逐渐建立起三维染色质结构，并在Hox基因簇处形成两个拓扑学上的关联域。该研究发现，三个文昌鱼物种都有ZW性染色体，但序列差异很小，而且它们假定的性别决定区彼此非同源。该研究的结果阐明了文昌鱼基因组尚未被认识的种间多样性和发育动态，为了解脊索动物功能基因组的进化机制提供了高质量的参考。

本期的文献速递分享了南极鱼、弹涂鱼和文昌鱼的基因组学研究进展。从南极鱼类的寒冷适应性进化，到弹涂鱼类水生至陆生的进化，再到通过三种文昌鱼类的基因组数据揭示脊索动物的基因和染色体进化，基因组学在海洋生物进化方面的研究越来越多，你们学会了吗？