研究揭示人工異源四倍體魚基因組

本文轉自：中國科學報

本報訊（記者王昊昊）

近日，中國工程院院士、湖南師範大學省部共建淡水魚類發育生物學國家重點實驗室主任劉少軍教授團隊在《BMC生物學》線上發表論文，揭示了人工異源四倍體魚的基因組。

上世紀80年代，劉少軍父親、已故中國工程院院士劉筠領銜科研團隊，以二倍體紅鯽為母本、二倍體鯉為父本，透過屬間遠緣雜交研製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認識上的物種間生殖隔離，是國際上首次透過遠緣雜交獲得的脊椎動物四倍體品系。

紅鯽和鯉作為古老的異源四倍體，其染色體數目相比同屬於鯉科魚類的斑馬魚發生了加倍。這是由於額外發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目為200條。該研究利用PacBio RS II測序技術長度長的優勢，結合基因組單分子光學圖譜和高通量染色體構象捕獲技術（HI-C），構建了高質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代個體開展全基因組de novo測序、組裝和註釋後，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分析，研究結果表明該個體基因組中包含紅鯽和鯉的染色體組；結合熒光原位雜交實驗結果，進一步確證該異源四倍體個體中200條染色體一半來自紅鯽、一半來自鯉，未發現有染色體丟失現象。

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

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譜變化，該研究針對親本紅鯽和鯉、F1和F24代的胚胎髮育過程，從DNA甲基化修飾和基因表達水平開展了多角度的比較研究，發現雜交個體中紅鯽和鯉來源基因在表達和DNA甲基化層面存在多種變化特徵，其中紅鯽和鯉來源的同源基因的表達伴隨異源四倍體鯽鯉品系形成發生對稱性變化。

據介紹，異源四倍體鯽鯉基因組結構及其特性的揭示，為後續進一步揭示透過遠緣雜交形成的其他可育品系的遺傳特性提供了參考。

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https：//doi。org/10。1186/s12915-022-01401-4