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研究揭示人工异源四倍体鱼基因组

2022-09-23 中国科学报 王昊昊
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  近日,中国工程院院士、湖南师范大学省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室主任刘少军教授团队在《BMC生物学》在线发表论文,揭示了人工异源四倍体鱼的基因组。

  上世纪80年代,刘少军父亲、已故中国工程院院士刘筠领衔科研团队,以二倍体红鲫为母本、二倍体鲤为父本,通过属间远缘杂交研制出两性可育的四倍体鲫鲤品系,目前该品系已培育到F29代。异源四倍体鲫鲤品系的建立打破了传统认识上的物种间生殖隔离,是国际上首次通过远缘杂交获得的脊椎动物四倍体品系。

  红鲫和鲤作为古老的异源四倍体,其染色体数目相比同属于鲤科鱼类的斑马鱼发生了加倍。这是由于额外发生了一轮异源四倍化事件,而新生的异源四倍体鲫鲤染色体数目为200条。该研究利用PacBio RS II测序技术长度长的优势,结合基因组单分子光学图谱和高通量染色体构象捕获技术(HI-C),构建了高质量的异源四倍体鲫鲤基因组。其基因组组装大小为2.95Gb,BUSCO评估基因完整度约96.4%。

  研究人员对异源四倍体鲫鲤F22代个体开展全基因组de novo测序、组装和注释后,对其与原始亲本红鲫和鲤开展了染色体共线性和比较基因组学分析,研究结果表明该个体基因组中包含红鲫和鲤的染色体组;结合荧光原位杂交实验结果,进一步确证该异源四倍体个体中200条染色体一半来自红鲫、一半来自鲤,未发现有染色体丢失现象。

  此外,研究者发现,红鲫和鲤来源的同源染色体间存在重组交换现象。为深入探究这一现象,该研究挑选了杂交品系中F1(二倍体)、F22和F24(四倍体)代中多个个体开展基因组重测序,通过体细胞和生殖细胞间基因重组的分布和数目差异分析,推测DNA修复和减数分裂重组等机制在异源四倍体鲫鲤品系形成过程中共同发挥作用。

  为探索新生异源四倍体鱼品系形成过程中的表观遗传变异和基因表达谱变化,该研究针对亲本红鲫和鲤、F1和F24代的胚胎发育过程,从DNA甲基化修饰和基因表达水平开展了多角度的比较研究,发现杂交个体中红鲫和鲤来源基因在表达和DNA甲基化层面存在多种变化特征,其中红鲫和鲤来源的同源基因的表达伴随异源四倍体鲫鲤品系形成发生对称性变化。

  据介绍,异源四倍体鲫鲤基因组结构及其特性的揭示,为后续进一步揭示通过远缘杂交形成的其他可育品系的遗传特性提供了参考。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1186/s12915-022-01401-4

打印 责任编辑:侯茜
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