近日，中國工程院院士、湖南師范大學(xué)省部共建淡水魚類發(fā)育生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任劉少軍教授團(tuán)隊(duì)在《BMC生物學(xué)》在線發(fā)表論文，揭示了人工異源四倍體魚的基因組。

上世紀(jì)80年代，劉少軍父親、已故中國工程院院士劉筠領(lǐng)銜科研團(tuán)隊(duì)，以二倍體紅鯽為母本、二倍體鯉為父本，通過屬間遠(yuǎn)緣雜交研制出兩性可育的四倍體鯽鯉品系，目前該品系已培育到F29代。異源四倍體鯽鯉品系的建立打破了傳統(tǒng)認(rèn)識上的物種間生殖隔離，是國際上首次通過遠(yuǎn)緣雜交獲得的脊椎動(dòng)物四倍體品系。

紅鯽和鯉作為古老的異源四倍體，其染色體數(shù)目相比同屬于鯉科魚類的斑馬魚發(fā)生了加倍。這是由于額外發(fā)生了一輪異源四倍化事件，而新生的異源四倍體鯽鯉染色體數(shù)目為200條。該研究利用PacBio RS II測序技術(shù)長度長的優(yōu)勢，結(jié)合基因組單分子光學(xué)圖譜和高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)(HI-C)，構(gòu)建了高質(zhì)量的異源四倍體鯽鯉基因組。其基因組組裝大小為2.95Gb，BUSCO評估基因完整度約96.4%。

研究人員對異源四倍體鯽鯉F22代個(gè)體開展全基因組de novo測序、組裝和注釋后，對其與原始親本紅鯽和鯉開展了染色體共線性和比較基因組學(xué)分析，研究結(jié)果表明該個(gè)體基因組中包含紅鯽和鯉的染色體組;結(jié)合熒光原位雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步確證該異源四倍體個(gè)體中200條染色體一半來自紅鯽、一半來自鯉，未發(fā)現(xiàn)有染色體丟失現(xiàn)象。

此外，研究者發(fā)現(xiàn)，紅鯽和鯉來源的同源染色體間存在重組交換現(xiàn)象。為深入探究這一現(xiàn)象，該研究挑選了雜交品系中F1(二倍體)、F22和F24(四倍體)代中多個(gè)個(gè)體開展基因組重測序，通過體細(xì)胞和生殖細(xì)胞間基因重組的分布和數(shù)目差異分析，推測DNA修復(fù)和減數(shù)分裂重組等機(jī)制在異源四倍體鯽鯉品系形成過程中共同發(fā)揮作用。

為探索新生異源四倍體魚品系形成過程中的表觀遺傳變異和基因表達(dá)譜變化，該研究針對親本紅鯽和鯉、F1和F24代的胚胎發(fā)育過程，從DNA甲基化修飾和基因表達(dá)水平開展了多角度的比較研究，發(fā)現(xiàn)雜交個(gè)體中紅鯽和鯉來源基因在表達(dá)和DNA甲基化層面存在多種變化特征，其中紅鯽和鯉來源的同源基因的表達(dá)伴隨異源四倍體鯽鯉品系形成發(fā)生對稱性變化。

據(jù)介紹，異源四倍體鯽鯉基因組結(jié)構(gòu)及其特性的揭示，為后續(xù)進(jìn)一步揭示通過遠(yuǎn)緣雜交形成的其他可育品系的遺傳特性提供了參考。(記者王昊昊)

關(guān)鍵詞： 研究揭示人工異源四倍體魚基因組 屬間遠(yuǎn)緣雜交 兩性可育的四倍體鯽鯉品系 打破傳統(tǒng)認(rèn)識上的物種間生殖隔離