近日，由中國(guó)科學(xué)院海洋研究所李富花課題組主導(dǎo)完成的科研論文Simple sequence repeats drive genome plasticity and promote adaptive evolution in penaeid shrimp，在Communications Biology在線發(fā)表。該研究針對(duì)簡(jiǎn)單重復(fù)序列（simple sequence repeat, SSR）在對(duì)蝦基因組內(nèi)呈爆發(fā)式擴(kuò)張的現(xiàn)象，首次提出SSR在基因組內(nèi)急速擴(kuò)張的新機(jī)制，揭示了SSR在對(duì)蝦基因組的可塑性和適應(yīng)性進(jìn)化過(guò)程中的關(guān)鍵作用。
SSR是由1-6個(gè)堿基串聯(lián)重復(fù)多次形成，在所有已測(cè)基因組物種中含量普遍較低（約1%左右），且它們通常被認(rèn)為沒(méi)有功能，屬于基因組上的“垃圾DNA”。而課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，凡納濱對(duì)蝦基因組SSR含量竟達(dá)23.93%，這引起了研究人員對(duì)SSR在對(duì)蝦進(jìn)化中的功能及作用機(jī)制的興趣。
為了探究SSR的分布特征和功能，研究人員完成了另一種對(duì)蝦——中國(guó)明對(duì)蝦的全基因組測(cè)序和組裝，并基于Hi-C測(cè)序，構(gòu)建了凡納濱對(duì)蝦和中國(guó)明對(duì)蝦染色體水平的基因組圖譜。通過(guò)比較基因組學(xué)分析，推斷SSR的爆發(fā)式擴(kuò)張發(fā)生在對(duì)蝦的祖先基因組上，而SSR的特異性擴(kuò)張也出現(xiàn)在不同對(duì)蝦分化后。SSR的擴(kuò)張事件與生物大滅絕事件后對(duì)蝦的快速進(jìn)化時(shí)間一致，提示了SSR在對(duì)蝦適應(yīng)性進(jìn)化過(guò)程中的關(guān)鍵作用。
該研究首次發(fā)現(xiàn)SSR爆發(fā)式擴(kuò)張的新機(jī)制，與傳統(tǒng)認(rèn)為的復(fù)制滑動(dòng)突變模型不同，科研人員發(fā)現(xiàn)對(duì)蝦SSR的爆發(fā)式擴(kuò)張主要與轉(zhuǎn)座元件的攜帶有關(guān)，并進(jìn)一步鑒定出近期活躍的轉(zhuǎn)座元件，推斷其仍具有攜帶SSR擴(kuò)張的潛能。此外，研究還發(fā)現(xiàn)SSR在對(duì)蝦基因組可塑性和環(huán)境適應(yīng)中具有重要作用，高密度的SSR分布引起對(duì)蝦染色體內(nèi)大規(guī)模基因組重排。
中國(guó)明對(duì)蝦和凡納濱對(duì)蝦親緣關(guān)系相近，但它們?cè)邴}度適應(yīng)能力上卻存在顯著差異。研究首次發(fā)現(xiàn)對(duì)蝦主要通過(guò)調(diào)控體內(nèi)自由氨基酸的含量來(lái)調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓，而SSR能富集于基因調(diào)控區(qū)，參與滲透壓調(diào)節(jié)關(guān)鍵通路的基因表達(dá)調(diào)控。這些基因表達(dá)模式的差異可能是引起兩種對(duì)蝦滲透壓調(diào)控能力差異的重要原因。
該成果為闡明生物體內(nèi)SSR的功能和甲殼動(dòng)物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)進(jìn)化研究提供了新線索，也為對(duì)蝦基因組育種和分子改良提供了重要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。海洋所副研究員袁劍波和研究員張曉軍、南開(kāi)大學(xué)教授王敏為論文的共同第一作者，海洋所研究員李富花和相建海、南開(kāi)大學(xué)教授馮露為論文通訊作者。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、“科學(xué)”號(hào)高端用戶項(xiàng)目、青島國(guó)家海洋科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目及國(guó)家蝦現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等的資助。
從簡(jiǎn)單到復(fù)雜
對(duì)蝦基因組SSR擴(kuò)張與適應(yīng)性進(jìn)化
對(duì)蝦SSR擴(kuò)張新機(jī)制
SSR參與對(duì)蝦鹽度適應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控
地區(qū)：
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