中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江所發(fā)布首個(gè)非性逆轉(zhuǎn)黃鱔高質(zhì)量基因組參考圖譜

　　2022年5月18日，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所水產(chǎn)養(yǎng)殖與遺傳育種研究室科研人員在國(guó)際期刊《遺傳學(xué)前沿》（Frontiers in Genetics）發(fā)表題為《Chromosome-Scale, Haplotype-Resolved Genome Assembly of Non-Sex-Reversal Females of Swamp Eel Using High-Fidelity Long Reads and Hi-C Data》的研究論文，發(fā)布了首個(gè)非性逆轉(zhuǎn)黃鱔高質(zhì)量基因組參考圖譜。這是長(zhǎng)江所科研人員在國(guó)內(nèi)首次完成黃鱔全人工規(guī)模化繁育和破譯大黃斑品系基因組后又一基礎(chǔ)性研究結(jié)果，為超級(jí)母黃鱔培育和加速奠定了重要理論基礎(chǔ)。

 

　　黃鱔是我國(guó)重要的淡水養(yǎng)殖魚類，2020年全國(guó)養(yǎng)殖產(chǎn)量30.7萬(wàn)噸，基礎(chǔ)產(chǎn)值超過(guò)200億元/年。同時(shí)，黃鱔是特殊的雌雄同體的雌性先熟魚類，表現(xiàn)為卵巢先發(fā)育產(chǎn)卵，隨后卵巢完全發(fā)育成精巢，并產(chǎn)生成熟精子。黃鱔在初次性成熟時(shí)懷卵量較低，約為300～800粒，其性逆轉(zhuǎn)特性極大限制了黃鱔苗種繁育規(guī)模。長(zhǎng)江所科研人員在大黃斑品系選育過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)約3%-5%的雌性親本可以連續(xù)多年產(chǎn)卵，并不發(fā)生性逆轉(zhuǎn)，懷卵量高（>3000粒/尾），是開展黃鱔性逆轉(zhuǎn)機(jī)制研究和超級(jí)母選育的極佳對(duì)象。

 

　　為研究其遺傳機(jī)制，長(zhǎng)江所科研人員對(duì)連續(xù)3年產(chǎn)卵超級(jí)母?jìng)€(gè)體進(jìn)行基因組測(cè)序。結(jié)合Illumina二代測(cè)序、PacBio HiFi測(cè)序、Hi-C 技術(shù)，獲得了非性逆轉(zhuǎn)雌性親本基因組近完成圖（MalV2_NSR），最終獲得組裝基因組大小為838.39 Mb。其中contig N50為49.8 Mb，相比黃鱔大黃斑基因組（Mal.V1_CLR）提高了20.97倍。該組裝基因組增加了38.66 Mb堿基的遺傳信息；利用從頭（de novo）預(yù)測(cè)、同源（homolog）預(yù)測(cè)和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)等方法，對(duì)非性逆轉(zhuǎn)雌性基因組進(jìn)行注釋，共得到22704個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因。此外，結(jié)合HiFi測(cè)序在單倍型基因組組裝中的優(yōu)勢(shì)，獲得了非逆轉(zhuǎn)雌性的兩套染色體的基因組序列，完成了單倍體組裝。兩套單倍型基因組在連續(xù)性上也相比普通雌性個(gè)體的高質(zhì)量基因組（Mal.V1_CLR）有顯著提升（contig N50分別為14.54 Mb和12.13 Mb）?；蚪M共線性分析顯示，該研究獲得的單倍型基因組和二套單倍型基因組之間均存在著高度共線性。

 

　　與普通雌性個(gè)體基因組（Mal.V1_CLR）比較，長(zhǎng)江所科研人員在非性逆轉(zhuǎn)雌性基因組（Mal.V2_NSR）中鑒定到了大量結(jié)構(gòu)變異（SV），包括268個(gè)倒位（~15 Mb），540個(gè)易位（~5 Mb），以及890個(gè)重復(fù)。對(duì)長(zhǎng)片段SVs（>1000bp）相關(guān)聯(lián)的2616個(gè)基因進(jìn)行GO功能富集分析表明，在生物學(xué)過(guò)程中富集在DNA整合、DNA代謝、重組、微管移動(dòng)等相關(guān)功能，分子功能中富集在涉及蘇氨酸肽酶活性、蘇氨酸內(nèi)肽酶活性、微管運(yùn)動(dòng)活性等相關(guān)功能。此外，兩個(gè)單倍型基因組間亦存在大量SVs，顯示黃鱔兩套單倍型基因組亦存在較大多樣性。這些結(jié)果為進(jìn)一步研究SVs與黃鱔的性別表型及性別決定機(jī)制提供了重要的資源。

 

　　此外，高質(zhì)量的基因組提供了性別相關(guān)基因及高度多態(tài)的MHC基因基因組分布特征，為進(jìn)一步研究黃鱔性別決定機(jī)制及開展免疫多態(tài)性特征奠定了基礎(chǔ)。

 

　　這些發(fā)現(xiàn)為黃鱔優(yōu)異種質(zhì)基因資源挖掘、基因編輯育種及其獨(dú)特性逆轉(zhuǎn)特性等研究提供了重要數(shù)據(jù)。

 

　　該研究得到中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目資助。田海峰博士為論文第一作者，李忠研究員為論文通訊作者，論文具體鏈接為https://doi.org/10.3389/fgene.2022.903185。