全基因組精細(xì)參考圖譜繪制用的仿刺參
近日，中科院海洋研究所首次完成了海參（學(xué)名仿刺參）的全基因組精細(xì)參考圖譜的繪制。這是國際上首次完成的海參基因組圖譜，也是繼海膽和海星之后發(fā)表的第三個(gè)棘皮動(dòng)物基因組圖譜。這項(xiàng)研究成果對(duì)海參基礎(chǔ)生物學(xué)和遺傳育種研究具有重要科學(xué)意義，也將對(duì)我國海參產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重要的推動(dòng)作用。
中科院海洋研究所養(yǎng)殖行為實(shí)驗(yàn)室
全基因組序列的成功破譯作為對(duì)海參認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新的里程碑，將為海參的繁殖發(fā)育、免疫調(diào)控、營養(yǎng)代謝、遺傳解析提供重要理論基礎(chǔ)，為我國海參產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展提供有力科技支撐。仿刺參基因組的測(cè)序和發(fā)表是海參分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究的一個(gè)起點(diǎn)，通過后續(xù)的不斷改進(jìn)和深入挖掘，科研人員將對(duì)海參生命過程的了解會(huì)越來越深刻。下一步，科研人員將對(duì)重要功能基因進(jìn)行深度驗(yàn)證，解析經(jīng)濟(jì)性狀形成的分子機(jī)理，開展海參基因組育種和基因產(chǎn)品開發(fā)，促進(jìn)海洋生物基因資源的開發(fā)和利用。
水產(chǎn)生物研究已進(jìn)入基因組時(shí)代
“海參是一種海珍品，具有重要的營養(yǎng)和醫(yī)用價(jià)值，近年來海參的養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度很快，產(chǎn)值近300億元?；蚪M育種是未來育種的主流發(fā)展方向，科學(xué)家們一直在思考并努力嘗試將基因組學(xué)應(yīng)用于海參的遺傳改良研究”。
海參基因組計(jì)劃團(tuán)隊(duì)成員，中科院海洋研究所研究員張曉軍表示，“近兩年，針對(duì)我國海參養(yǎng)殖業(yè)面臨育苗變態(tài)困難、成活率低下、養(yǎng)殖病害嚴(yán)重、種質(zhì)退化、品質(zhì)欠佳等一系列問題，研究人員共同開展了海參基因組學(xué)研究，通過海參基因信息的全面破譯，在特殊生命現(xiàn)象的剖析、重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子解析、基因資源挖掘與利用、物種進(jìn)化等多個(gè)領(lǐng)域的開展深入研究”。
目前，已有多個(gè)重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖物種基因組得到破譯，大部分是我國的科學(xué)家完成的，比如牡蠣、鯉魚、舌鰨、海帶、牙鲆、扇貝等，我國水產(chǎn)生物研究進(jìn)入基因組時(shí)代，同時(shí)也推動(dòng)了我國水產(chǎn)基礎(chǔ)研究處于世界前列。
全基因組精細(xì)參考圖譜繪制用的仿刺參
疑難問題可通過基因組得出答案
基因組中包含著生物全部遺傳信息，全基因組測(cè)序?qū)θ媪私庖粋€(gè)物種的基因組成、基因調(diào)控、分子進(jìn)化、遺傳育種等方面有著非常重要的意義。在此之前，世界范圍內(nèi)對(duì)海參基因組的了解都很少，研究基礎(chǔ)薄弱。
“全基因組的測(cè)定使海參的分子育種有了遺傳學(xué)基礎(chǔ)，我們可以在它的全部遺傳序列信息中尋找高產(chǎn)、抗病或高品質(zhì)的基因或者分子標(biāo)簽，這樣就可以大大提高遺傳改良的效率。解析基因組后，我們就可以知道哪些基因是耐熱的、生長力更強(qiáng)的，這樣就可以節(jié)省育種時(shí)間” 。
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海參基因組計(jì)劃團(tuán)隊(duì)的另一位成員，中科院海洋所副研究員孫麗娜告訴記者，“傳統(tǒng)的育種方法是用主觀意識(shí)去判斷，哪個(gè)海參的性狀更優(yōu)良。但上一代耐熱不代表下一代也一定耐熱，最核心的還是在于遺傳物質(zhì)的改變。很多問題都可以通過基因解析得到答案。比如紫色海參的抗逆性為什么會(huì)優(yōu)于青色海參，這些問題都需要以基因組為基礎(chǔ)開展研究。”
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全基因組精細(xì)參考圖譜繪制用的仿刺參
為再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了研究線索
海參基因組的破譯，為生物學(xué)和物種進(jìn)化研究指明了新的認(rèn)知方向。據(jù)孫麗娜介紹，“海參如今面臨從無脊椎動(dòng)物向有脊椎動(dòng)物進(jìn)化的相對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。海參身體柔軟，而海參的近親——海膽外骨骼發(fā)達(dá)，之前不知道為什么海參骨骼發(fā)生了退化。通過基因組解析我們發(fā)現(xiàn)海參和海膽都具有相對(duì)完整的骨骼發(fā)育系統(tǒng)，但海參在進(jìn)化過程種丟掉了某些基因，這有助于找到海參骨骼顯著退化的根本原因” 。
全基因組精細(xì)參考圖譜繪制用的仿刺參
在自然界的動(dòng)物中，強(qiáng)大的再生潛能是棘皮動(dòng)物最顯著的特征之一，海參可以吐臟和再生這一特性是很特殊的。海參仿刺參在強(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周重新長出功能完善的內(nèi)臟器官。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。“基因組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)。”張曉軍表示，“同時(shí)，我們還發(fā)現(xiàn)了很多海參皂苷合成的代謝通路基因，以及海參多糖和多肽等相關(guān)基因，正是這些物質(zhì)使海參具有突出的滋補(bǔ)與保健功能。對(duì)這些基因的研究可以讓我們進(jìn)一步深入了解和開發(fā)海參的營養(yǎng)和藥用價(jià)值。”
