首例骨條藻基因組參考基因組構建揭示捕光色素和光受體基因家族擴張
中國科學院海洋研究所陳楠生課題組成功構建海洋優(yōu)勢浮游植物瑪氏骨條藻(Skeletonema marinoi)染色體水平基因組,并揭示其捕光色素和光受體基因家族顯著擴張,為解析瑪氏骨條藻全球的生態(tài)適應提供了新思路。這項成果近期發(fā)表在學術期刊Science of The Total Environment上。

利用比較基因組分析揭示瑪氏骨條藻的優(yōu)勢分布及環(huán)境適應機制
骨條藻屬(Skeletonema)是我國近海的優(yōu)勢浮游植物,也是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的重要初級生產(chǎn)者,驅(qū)動海洋食物網(wǎng)和生物地球循環(huán)。多種骨條藻物種可引發(fā)赤潮,危害海洋生態(tài)環(huán)境。分子生物學技術的應用揭示骨條藻屬物種具有很高的多樣性,包括22種骨條藻物種(AlgaeBase),宏條形碼分析發(fā)現(xiàn)我國近岸海域存在多個骨條藻物種。針對膠州灣海域浮游植物群落的宏條形碼分析發(fā)現(xiàn),瑪氏骨條藻是膠州灣海域的優(yōu)勢物種,在冬春季節(jié)的相對豐度尤其高。因此,科研人員選擇瑪氏骨條藻為模式生物,從基因組入手探討其生理及生態(tài)適應機理。
團隊利用高通量測序(包括Illumina測序和PacBio測序)和Hi-C輔助組裝技術完成了對瑪氏骨條藻CNS00100株系的全基因組測序和組裝,成功構建了骨條藻屬第一個染色體水平的高質(zhì)量基因組?,斒瞎菞l藻基因組全長為64.99Mb,包括24條染色體。研究發(fā)現(xiàn)瑪氏骨條藻的基因組內(nèi)具有較多大片段重復,表明該藻基因組內(nèi)發(fā)生了基因組重復,導致其基因組遠遠大于近緣物種偽矮海鏈藻的基因組(34.5Mb)。
光是光合生物的能量來源,將來自太陽的光能轉(zhuǎn)化為儲存在有機化合物中的化學能,是食物鏈的基礎。此外,光也是生物體從環(huán)境中獲取關鍵信息的最重要信號之一,是生物適應環(huán)境的重要因素。比較基因組發(fā)現(xiàn),瑪氏骨條藻基因組內(nèi)光吸收相關的基因組家族得到了顯著擴張,比如光捕獲基因硅藻巖藻黃素-葉綠素a/c蛋白、光受體基因aureochromes和隱花色素(cryptochrome)。顯著擴張的光相關基因家族為探討瑪氏骨條藻全球生態(tài)適應提供了重要研究思路。高質(zhì)量瑪氏骨條藻基因組的成功構建為解析這一優(yōu)勢沿岸硅藻的生態(tài)適應和進化特征提供了理論基礎。
文章第一作者是中國科學院海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室特別研究助理劉淑雅博士,通訊作者是陳楠生研究員,徐青博士為共同作者。研究得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金委面上基金和青年基金等項目資助。
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