海洋生物学-攻破对虾养殖技术难关！

对虾基因组论文

近期，青岛海洋科学与技术试点国家实验室（以下简称“海洋试点国家实验室”）海洋生物学与生物技术功能实验室、中国科学院海洋研究所（以下简称“海洋所”）科学家相建海研究员和李富花研究员，与天津生物芯片等国内外多家单位共同合作，历时十年之久，成功破译了凡纳滨对虾基因组。这是世界上首个对虾基因组参考图谱，该研究成果以“对虾基因组破译透视其底栖适应和频繁蜕皮的分子基础（Penaeid shrimp genome provides insights into benthic adaptation and frequent molting ）”为题，于2019年1月21日在线发表在Nature子刊Nature communications上，海洋所张晓军、袁剑波、李诗豪、高羿和于洋等青年科研人员为文章的共同第一作者。

甲壳动物和昆虫是节肢动物门中的两大门类，已有超过6万种甲壳动物被报导，十足目甲壳动物囊括了大量重要的水产经济物种海洋生物学，如虾、蟹、龙虾等，而凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）作为四大养殖虾类之首，其年产量达416万吨。然而，由于种质资源匮乏，我国对虾养殖单位每年需从国外引进大量亲虾。我国自主的对虾分子遗传育种工作迫在眉睫，但是受限于没有良好的参考基因组，其进展一直相对缓慢。

凡纳滨对虾基因组图谱

对虾基因组是世界上公认的高复杂基因组，阻碍了多个国际科研机构的研究步伐。在该研究中，研究人员尝试使用了从一代到三代的各种测序平台以及各种组装软件，最终完成了凡纳滨对虾的全基因组de novo测序和组装，获得的参考图谱Scaffold N50达到606Kb。通过分析发现，以1-6碱基为单位多次重复的简单串联序列（SSR）占对虾基因组的23.93%以上，这是目前已测基因组物种中含量最高的，也是对虾基因组高复杂性的根本原因，研究人员推测SSR的爆发与对虾祖先适应性进化过程有关。此外，在对虾基因组上还发现了两大结构特征：大量的物种特异性基因和大量的串联重复基因，它们可能与对虾科的特异性进化有密切联系。

对虾底栖环境适应性进化

对虾拥有非常发达的视觉系统和神经系统，以适应底栖环境。对虾有一对连接眼柄能自由活动的复眼，每只复眼包含约5.5-8万个小眼，具有非常广的视角。比较基因组学分析发现对虾基因组上长波长的opsin基因发生了明显的扩张，可能与其底栖暗环境适应有关。对虾的神经传导速度达200ms⁻¹，是目前已报道物种中最快的。通过分析发现海洋生物学，大量与神经信号传导相关的基因家族都发生了扩张，特别是两类神经信号传导相关的受体如谷氨酸受体和甘氨酸受体扩张显著，推测其是神经传导速度快的原因之一。蜕皮是蜕皮动物（Ecdysozoa）的典型特征，对虾一生经过约50次蜕皮，远多于昆虫。通过比较发现，对虾拥有一条强化的蜕皮信号调控通路，该通路上大量基因都发生了扩张，还有多个基因受到正选择作用。

强化的对虾蜕皮通路

对虾基因组重测序

本研究还对22个野生和养殖的凡纳滨对虾个体进行了重测序，获得了大量的SNP分子标记，为对虾的遗传育种工作提供了宝贵的资源。此外，通过选择纯化分析，研究人员还找到了对虾基因组上14个受选择的区域和28个受选择的基因，它们可能与对虾养殖环境适应有关。

对虾基因组的发表为甲壳动物底栖适应和蜕皮等研究提供了重要的理论基础和数据支撑，同时也为对虾基因组育种和分子改良工作提供了重要的基础平台。

该研究得到国家863计划、国家自然科学基金、海洋试点国家实验室“蓝色生命”重大成果支持计划等项目资助。

参考文献：Zhang X, Yuan J, Sun Y, Li S, Gao Y, Yu Y, Liu C, Wang Q, Lv X, Zhang X, Ma KY, Wang X, Lin W, Wang L, Zhu X, Zhang C, Zhang J, Jin S, Yu K, Kong J, Xu P, Chen J, Zhang H-B, Sorgeloos P, Sagi A, Alcivar-Warren A, Liu Z, Wang L, Ruan J, Chu KH, Liu B, Li F, Xiang J.(2019).Penaeid shrimp genome provides insights into benthic adaptation and frequent molting. Nat Commun. 2019 Jan 21;10(1):356.

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