長江所發(fā)布首個非性逆轉(zhuǎn)黃鱔高質(zhì)量基因組參考圖譜

近日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所水產(chǎn)養(yǎng)殖與遺傳育種研究室科研人員在FrontiersinGenetics發(fā)表題為“Chromosome-Scale，Haplotype-Resolved Genome Assembly of Non-Sex-Reversal Females of Swamp Eel Using High-Fidelity Long Reads and Hi-C Data”的研究論文，發(fā)布了首個非性逆轉(zhuǎn)黃鱔高質(zhì)量基因組參考圖譜。這是長江所科研人員在國內(nèi)首次完成黃鱔全人工規(guī)模化繁育和破譯大黃斑品系基因組后又一基礎(chǔ)性研究結(jié)果，為超級母黃鱔培育和加速奠定了重要理論基礎(chǔ)。

黃鱔是我國重要的淡水養(yǎng)殖魚類，2020年全國養(yǎng)殖產(chǎn)量30.7萬噸，基礎(chǔ)產(chǎn)值超過200億元/年。同時，黃鱔是特殊的雌雄同體的雌性先熟魚類，表現(xiàn)為卵巢先發(fā)育產(chǎn)卵，隨后卵巢完全發(fā)育成精巢，并產(chǎn)生成熟精子。黃鱔在初次性成熟時懷卵量較低，通常在300～800粒，其性逆轉(zhuǎn)特性極大地限制了黃鱔苗種繁育規(guī)模。長江所科研人員在大黃斑品系選育過程中，發(fā)現(xiàn)有3%～5%的雌性親本可以連續(xù)多年產(chǎn)卵，并不發(fā)生性逆轉(zhuǎn)，而且懷卵量較高(>3 000粒/尾)，是開展黃鱔性逆轉(zhuǎn)機制研究和超級母選育的極佳對象。

為研究其遺傳機制，長江所科研人員對連續(xù)3年產(chǎn)卵超級母個體進行基因組測序。結(jié)合Illumina二代測序、PacBio HiFi測序、Hi-C技術(shù)，獲得了非性逆轉(zhuǎn)雌性親本基因組近完成圖(MalV2_NSR)，最終獲得的組裝基因組大小為838.39 Mb。其中contig N50為49.8 Mb，相比黃鱔大黃斑基因組(Mal.V1_CLR)提高了20.97倍。該組裝基因組增加了38.66 Mb堿基的遺傳信息；利用從頭(de novo)預(yù)測、同源(homolog)預(yù)測和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)預(yù)測等方法，對非性逆轉(zhuǎn)雌性基因組進行注釋，共得到22 704個蛋白質(zhì)編碼基因。此外，結(jié)合HiFi測序在單倍型基因組組裝中的優(yōu)勢，獲得了非逆轉(zhuǎn)雌性的兩套染色體的基因組序列，完成了單倍體組裝。兩套單倍型基因組在連續(xù)性上也相比普通雌性個體的高質(zhì)量基因組(Mal.V1_CLR)有顯著提升(contig N50分別為14.54 Mb和12.13 Mb)。基因組共線性分析顯示，該研究獲得的單倍型基因組和兩套單倍型基因組之間均存在著高度共線性。

與普通雌性個體基因組(Mal.V1_CLR)比較，長江所科研人員在非性逆轉(zhuǎn)雌性基因組(Mal.V2_NSR)中鑒定到了大量結(jié)構(gòu)變異(SV)，包括268個倒位(～15 Mb),540個易位(～5 Mb)，以及890個重復(fù)。對長片段SVs(>1 000 bp)相關(guān)聯(lián)的2 616個基因進行GO功能富集分析表明，在生物學(xué)過程中富集在DNA整合、DNA代謝、重組、微管移動等相關(guān)功能，分子功能中富集在涉及蘇氨酸肽酶活性、蘇氨酸內(nèi)肽酶活性、微管運動活性等相關(guān)功能。此外，兩個單倍型基因組間亦存在大量SVs，顯示黃鱔兩套單倍型基因組亦存在較大多樣性。這些結(jié)果為進一步研究SVs與黃鱔的性別表型及性別決定機制提供了重要的資源。

此外，高質(zhì)量的基因組提供了性別相關(guān)基因及高度多態(tài)的MHC基因基因組分布特征，為進一步研究黃鱔性別決定機制及開展免疫多態(tài)性特征奠定了基礎(chǔ)。

這些發(fā)現(xiàn)為黃鱔優(yōu)異種質(zhì)基因資源挖掘、基因編輯育種及其獨特性逆轉(zhuǎn)特性等研究提供了重要數(shù)據(jù)。

(來源：長江水產(chǎn)研究所)