?　　半島全媒體記者　劉金震　劉愷琦

　　半島記者5月9日從中國海洋大學(xué)了解到,該校團隊在對一只蝦夷扇貝的科學(xué)研究中,原本計劃培育高產(chǎn)、抗逆的扇貝新品種,中途卻有了意外收獲,經(jīng)過五年努力在國際上首次完成了扇貝基因組精細圖譜繪制。論文近日在國際生態(tài)與進化領(lǐng)域權(quán)威期刊《自然》子刊上發(fā)表,并將為了解動物早期起源和演化機制提供關(guān)鍵線索。

　　

扇貝近乎完美地保留了雙側(cè)對稱動物祖先的染色體核型。

　　首繪高質(zhì)量扇貝基因圖譜

　　中國海洋大學(xué)的包振民教授帶領(lǐng)其團隊在國際上發(fā)起了扇貝基因組計劃,領(lǐng)導(dǎo)完成了首張高質(zhì)量扇貝全基因組精細圖譜繪制。記者聯(lián)系團隊成員之一的王師教授時,他也是剛剛結(jié)束了一天的忙碌,但說起扇貝基因組精細圖譜,整個人的精神頭一下子又提了起來。王師教授告訴記者,為培育高產(chǎn)、抗逆的扇貝新品種,需要破解扇貝的遺傳密碼,解析扇貝的基因組,從2012年開始我們啟動了這一工作,與其他團隊破解海蠣子的基因組密碼一樣,我們開始的主攻方向重點關(guān)注與高產(chǎn)、抗逆相關(guān)的基因信息,但隨著研究的深入,扇貝也許蘊藏著解開動物早期起源和演化機制的重要線索。

　　王師教授說,測序的這只扇貝屬于蝦夷扇貝,是我國從日本引種的一種高經(jīng)濟價值的養(yǎng)殖扇貝,市面上很常見。“扇貝的基因組雜合度很高,非常復(fù)雜,組裝其基因組精細圖很困難,為解決這一難題,我們制定了新的基因組組裝策略,選擇了一只雌雄同體扇貝,它可以同時產(chǎn)生卵子和精子,自體受精完成繁衍生息,如此降低了基因組的雜合度,就可以使基因組組裝的精確度更高。”

　　課題研究意外發(fā)現(xiàn)新方向

　　“我們以往關(guān)注蝦夷扇貝的經(jīng)濟價值,卻一定程度上忽略了其他方面的研究價值。”王師告訴記者,現(xiàn)今地球上的動物99%的物種隸屬雙側(cè)對稱動物,進化學(xué)家推測這些雙側(cè)對稱動物可能起源于一個古老的共同祖先。但由于早期動物在地層中的化石記錄匱乏,長期以來人們對雙側(cè)對稱動物的起源和進化機制存有較多爭議。在地球生物演化進程中,曾出現(xiàn)過幾次被稱為“生命大爆發(fā)”的時期,即在短時間大量物種出現(xiàn),最著名的如寒武紀(jì)生命大爆發(fā),達爾文進化論對此現(xiàn)象一直難以解釋。他們在對扇貝基因組深入研究的過程中意外地發(fā)現(xiàn),蝦夷扇貝的基因組比其他貝類的更保守,進一步與已經(jīng)完成測序的其他動物比較似乎也更古老。貝類在距今5億年前的早寒武紀(jì)就已出現(xiàn),他們敏銳地感覺到扇貝可為研究雙側(cè)動物進化提供難得的基因組模型,通過重構(gòu)推斷雙側(cè)對稱動物祖先的基因組特征,可為理解動物早期起源和進化機制提供關(guān)鍵線索。

　　這對于團隊而言無疑是重大發(fā)現(xiàn),經(jīng)過進一步地研究和確定之后,包振民教授團隊果斷地決定調(diào)整研究方向,在保留一部分研究人員繼續(xù)開展經(jīng)濟性狀的基因組分析外,充實調(diào)整力量一頭扎進動物早期起源和進化的研究領(lǐng)域,生命演化是生物學(xué)研究領(lǐng)域的歷史悠久學(xué)科,也是科學(xué)界關(guān)注的熱點學(xué)科,宏觀進化研究需要涉及生物界主要的分類單元和關(guān)鍵物種,這一工作無疑是巨大的,參入這一項目的國內(nèi)外研究人員先后有50多人。

　　對國際主流假說提出挑戰(zhàn)

　　“物種是從古老基因進化而來的,扇貝的基因組有可能揭示物種起源。”王師教授說,生命研究領(lǐng)域?qū)ι莼臓幷撘恢贝嬖?有專家提出以化石作為研究基礎(chǔ),但現(xiàn)實中的化石資源非常匱乏,許多重要環(huán)節(jié)化石的短缺使?fàn)幾h不斷,因此從動物基因組分析了解生命演化過程也是進化研究方向之一,“我們的研究就是從基因的角度入手推斷動物的起源。”

　　團隊在研究中發(fā)現(xiàn),扇貝的基因組19對染色體在宏觀性上與推測得到的兩體側(cè)動物共同祖先的基因組連鎖群具有非常完好的對應(yīng)性,所以扇貝的基因組可稱為“化石基因組”。扇貝控制軀體模式發(fā)育的Hox基因簇呈“分段共線性”表達模式,與目前普遍認為完整Hox基因簇遵循“完全時空共線性”表達模式不同。深入研究揭示“分段共線性”表達模式在低等動物普遍存在,是一種獨特、古老的軀體模式?jīng)Q定機制,為理解寒武紀(jì)動物軀體模式多樣化的起源和進化機制提供了新視野。扇貝具有數(shù)十至上百的眼睛,結(jié)構(gòu)上屬于鏡眼類型。他們發(fā)現(xiàn)扇貝眼睛擁有不同尋常的多套光傳導(dǎo)通路系統(tǒng),其眼睛發(fā)生由pax2/5/8基因而非pax6基因主導(dǎo),對目前國際主流的眼睛單源起源假說(pax6控制)提出了挑戰(zhàn),為動物體側(cè)眼獨立于頭眼起源進化的新假說提供關(guān)鍵證據(jù)。據(jù)悉,這些重要發(fā)現(xiàn)將貝類在動物進化研究領(lǐng)域提升到一個新地位,拓展和加深了當(dāng)前學(xué)術(shù)界對雙側(cè)對稱動物的早期起源和演化機制的認識。

　　研究工作獲國家自然科學(xué)基金、國家863計劃、海洋國家實驗室“鰲山人才”等項目資助,獐子島集團股份有限公司也為項目的順利完成提供資金和材料的大力支持。王師教授介紹,新成果除對動物起源和進化研究提供參考,其實對于扇貝品質(zhì)的改良、快速成長也將有所裨益。

　　 [編輯: 張珍珍]