厦门大学海洋与地球学院

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徐鹏教授课题组与云南大学等单位合作研究揭示硬骨鱼类异源多倍体亚基因组演化动态历史
COE COE 2020/6/1 525 返回上页

近日,我院徐鹏教授与云南大学等单位合作完成的题为“From asymmetrical to balanced genomic diversification during rediploidization: subgenomic evolution in allotetraploid fish”的研究论文在国际知名期刊《Science Advances》在线发表。

多倍化现象在脊椎动物中极为罕见,但相关演化遗传机制等问题存在不同假说和许多尚待澄清的问题。以鲤、鲫为代表的鲤亚科鱼类在演化历史上可能经历了四轮全基因组加倍事件,染色体数目达到100条,且其第四轮全基因组加倍事件是伴随一次远缘杂交事件发生,而这一类群的二倍体直系祖先均已灭绝,这为鲤亚科鱼类基因组的测序、组装和亚基因组鉴别引入巨大的难度(Xu et al. 2015.Nat. Genet.; Yang et al. 2016. BMC Biol.; Xu et al. 2019. Nat. Comm.; Chen et al. 2019. Sci. Adv.)。

在张亚平院士领导下,云南大学罗静教授、中科院昆明动物研究所吕雪梅研究员、湖南师范大学刘少军院士、南京农业大学陈增建教授、中国农业科学院农业基因组研究所阮珏研究员和我院徐鹏教授等带领的团队联合攻关,以鲤亚科鱼类基因组为研究对象,对脊椎动物异源多倍体基因组的亚基因组演化问题进行了深入的研究。该研究完成了高质量的红鲫单倍型参考基因组,首次成功对红鲫两个亚基因组的母系和父系亲本来源进行了清晰的划分。通过重建鲤亚科鱼类的多倍化演化历史,发现鲫、鲤和金线鲃共同起源于13.8~15.1百万年前的一次古异源多倍化事件。比较基因组学和多组织、多胚胎发育时期转录组和DNA甲基化的分析结果表明,红鲫的父系和母系来源的亚基因组均没有显著的大规模非对称性丢失和演化速率偏向性,两个亚基因组在整个二倍化进程中一直经历交替的非对称性功能丢失;同源基因拷贝的表达与DNA甲基化的变化呈负相关,但甲基化并不能解释同源基因对在胚胎发育进程中的表达优势切换模式,这提示可能存在更复杂的调控机制决定同源基因对的表达。这些结果表明在多倍化之后的二倍化进程中,鲤亚科鱼类具有其独特的演化策略,以平衡亚基因组的稳定和多样化,为研究异源多倍体脊椎动物的基因组演化和功能提供了新的思路。

云南大学的罗静教授、柴静博士等为论文共同第一作者,张亚平院士、吕雪梅研究员、刘少军院士、陈增建教授、阮珏研究员和徐鹏教授为该论文共同通讯作者

徐鹏课题组长期聚焦鲤科鱼类基因组倍性演化和遗传育种研究,去年曾在《Nature Communications》发表论文,在国际上首次报道了鲤鱼异源四倍体基因组的祖先溯源和亚基因组拆分的研究进展,为开展深入的硬骨鱼类倍性演化和四倍体鱼类性状解析研究扫清了障碍,为深入认识鲤科鱼类多倍体起源演化和探索多倍体鱼类的适应性潜能提供了新的见解。随后国际上多家单位相继报道了类似的研究发现,除红鲫基因组倍性演化研究成果外,还有美国国立卫生研究院(NIH)、日本大阪大学等利用金鱼为材料开展的异源四倍体金鱼基因组解析和倍性演化研究成果(Chen et al. 2019. Sci. Adv.; Kon et al. 2020. Current Biol.),这些研究结果均进一步推进、验证和完善了我们对异源四倍体鲤科鱼类基因组倍性演化历史的认知。

论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/22/eaaz7677

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