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日前，由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所聯(lián)合青島華大基因研究院、德國阿爾弗雷德?魏格納研究所、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織等機構(gòu)組建的國際研究團隊，完成了迄今為止最大動物基因組參考序列——南極磷蝦基因組組裝，并揭示了南極磷蝦適應(yīng)極端環(huán)境和群體歷史演化的分子基礎(chǔ)。北京時間3月3日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細胞》(《Cell》)以“巨大高重復(fù)基因組圖譜繪制揭示了南極磷蝦環(huán)境適應(yīng)機制及其群體演化歷史”為題，在線發(fā)表了該研究成果。

研究團隊利用新一代測序技術(shù)對南極磷蝦開展了高深度的基因組測序、組裝和分析，構(gòu)建了迄今為止地球上最大的動物基因組參考序列，其大小為48Gb，約為人類基因組的16倍。研究發(fā)現(xiàn)南極磷蝦基因組中重復(fù)序列含量高達92.45%，這源于南極磷蝦基因組重復(fù)序列的兩次爆發(fā)式擴張，這也是目前為止已報道的基因組重復(fù)序列含量最高的物種。

在本研究中，研究人員對南極磷蝦應(yīng)對極晝極夜等極端環(huán)境的適應(yīng)性進行了研究。通過與果蠅和哺乳動物比較發(fā)現(xiàn)，雙反饋回路中的關(guān)鍵基因沒有缺失，而部分基因在夏季和冬季顯示出不同的表達水平，表明南極磷蝦已經(jīng)進化出由晝夜節(jié)律系統(tǒng)控制的身體適應(yīng)和行為模式。此外，在磷蝦基因組中鑒定到25個顯著擴張的基因家族中，有12個與南極磷蝦蛻殼或能量代謝相關(guān)，這表明南極磷蝦的相關(guān)基因為其適應(yīng)極地特殊環(huán)境奠定了遺傳基礎(chǔ)。

為了探究南極磷蝦的群體特征，研究團隊在南冰洋4個南極磷蝦生物量較高的區(qū)域采集了75只，進行了群體遺傳學(xué)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然分布在不同的區(qū)域，但南極磷蝦的遺傳序列組成沒有明顯區(qū)別，這就意味著不同地域群體之間沒有實質(zhì)性差異。但是，南極磷蝦的遺傳分化仍會受其所在環(huán)境的影響。

南極磷蝦何以形成如此巨大的資源量?南極磷蝦資源量形成與積聚又經(jīng)歷了怎樣的歷史演變過程?研究團隊通過對南極磷蝦群體演化歷史的分析發(fā)現(xiàn)，磷蝦的有效種群規(guī)模先在1000萬年前急劇減小，這與更新世期間冰期-間冰期氣候的劇烈波動相吻合;在10萬年前，南極磷蝦種群規(guī)模出現(xiàn)反彈，開始擴張，其原因可能是晚更新世期間較冷的溫度導(dǎo)致的海冰擴張，擴大了磷蝦的棲息地，進而出現(xiàn)了種群的擴張。

上述研究發(fā)現(xiàn)為海洋生物極端環(huán)境適應(yīng)機制及其群體演化的深入解析提供了新的理論參考，也為南極磷蝦漁業(yè)資源的管理提供了理論依據(jù)，對于培育我國南極磷蝦這一海洋生物資源開發(fā)利用新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)、深度參與極地漁業(yè)國際治理具有重大意義。

關(guān)鍵詞： 南極磷蝦 重復(fù)序列 迄今為止 重大意義 反饋回路