10月13日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊PLoS Biology在線刊發(fā)了由中國(guó)科學(xué)院海洋研究所楊紅生研究員課題組和相建海、李富花研究員課題組主導(dǎo)，天津生物芯片技術(shù)公司、加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)等單位合作，由張曉軍、孫麗娜、袁劍波等青年科研人員為共同第一作者，協(xié)力完成的研究論文“The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration”。該研究首次完成了仿刺參Apostichopus japonicus（俗稱海參）的全基因組精細(xì)參考圖譜的繪制，揭示了海參的特殊形態(tài)進(jìn)化與強(qiáng)大再生潛能的分子基礎(chǔ)。
仿刺參Apostichous japonicus
海參屬于棘皮動(dòng)物，是其中體型與形態(tài)最為特殊的種類，且處于從無(wú)脊椎向脊椎動(dòng)物分化的獨(dú)特進(jìn)化地位，也是國(guó)內(nèi)外重要的海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)物種，具有極高的營(yíng)養(yǎng)與醫(yī)用價(jià)值。在該研究中，研究人員利用Illumina和Pacbio測(cè)序平臺(tái)和優(yōu)化的組裝策略，構(gòu)建了海參全基因組的精細(xì)圖譜，Contig N50 達(dá)到190 KB, Scaffold N50 達(dá)到486 KB，編碼30350個(gè)基因。分析發(fā)現(xiàn)了調(diào)控動(dòng)物關(guān)鍵進(jìn)化過(guò)程中脊索形成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Brachyury基因的FGF基因在棘皮動(dòng)物中顯著收縮為1個(gè)，提示了棘皮動(dòng)物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中脊索、咽鰓裂消失的潛在原因。海參的近親--海膽具有顯著、發(fā)達(dá)的外骨骼，而海參外觀柔軟，骨骼退化為細(xì)小的桌形體，基因組解析發(fā)現(xiàn)它們都具有相對(duì)完整的骨骼發(fā)育通路，而不同之處在于海膽的礦化基因?yàn)?/span>31個(gè)，海參縮減為7個(gè)，而且海參礦化基因在發(fā)育過(guò)程中低表達(dá)，這才是其骨骼顯著退化的根本原因。
強(qiáng)大的再生潛能是棘皮動(dòng)物最顯著的特征之一，該研究利用多組學(xué)方法揭示了海參超強(qiáng)再生能力的分子機(jī)制。該種海參在強(qiáng)烈環(huán)境脅迫下可以將體內(nèi)內(nèi)臟幾乎全部排出體外，當(dāng)環(huán)境適宜后，可在2-3周重新長(zhǎng)出功能完善的內(nèi)臟器官。研究揭示了海參再生特有的由11個(gè)基因串聯(lián)重復(fù)組成的PSP94-like基因簇和顯著擴(kuò)張成簇的fibrinogen-related protein (FREP)基因是海參具有超強(qiáng)再生能力的根本原因之一。
該研究為組織器官再生機(jī)制與再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用、棘皮動(dòng)物進(jìn)化等研究提供了范式，也為海參遺傳選育提供了完整、重要的理論基礎(chǔ)。該研究得到國(guó)家863計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
論文：Zhang X, Sun L, Yuan J, Sun Y, Gao Y, Zhang L, Li S, et al. (2017). The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration. PLoS Biol 15(10): e2003790. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2003790
海參進(jìn)化地位
海參的礦化基因及其表達(dá)
海參腸道再生的關(guān)鍵基因與基因調(diào)控模式
