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　　 　　半島全媒體記者　劉金震　劉愷琦

　　半島記者5月9日從中國海洋大學(xué)了解到,該校團(tuán)隊(duì)在對(duì)一只蝦夷扇貝的科學(xué)研究中,原本計(jì)劃培育高產(chǎn)、抗逆的扇貝新品種,中途卻有了意外收獲,經(jīng)過五年努力在國際上首次完成了扇貝基因組精細(xì)圖譜繪制。論文近日在國際生態(tài)與進(jìn)化領(lǐng)域權(quán)威期刊《自然》子刊上發(fā)表,并將為了解動(dòng)物早期起源和演化機(jī)制提供關(guān)鍵線索。

　　扇貝近乎完美地保留了雙側(cè)對(duì)稱動(dòng)物祖先的染色體核型。

　　首繪高質(zhì)量扇貝基因圖譜

　　中國海洋大學(xué)的包振民教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)在國際上發(fā)起了扇貝基因組計(jì)劃,領(lǐng)導(dǎo)完成了首張高質(zhì)量扇貝全基因組精細(xì)圖譜繪制。記者聯(lián)系團(tuán)隊(duì)成員之一的王師教授時(shí),他也是剛剛結(jié)束了一天的忙碌,但說起扇貝基因組精細(xì)圖譜,整個(gè)人的精神頭一下子又提了起來。王師教授告訴記者,為培育高產(chǎn)、抗逆的扇貝新品種,需要破解扇貝的遺傳密碼,解析扇貝的基因組,從2012年開始我們啟動(dòng)了這一工作,與其他團(tuán)隊(duì)破解海蠣子的基因組密碼一樣,我們開始的主攻方向重點(diǎn)關(guān)注與高產(chǎn)、抗逆相關(guān)的基因信息,但隨著研究的深入,扇貝也許蘊(yùn)藏著解開動(dòng)物早期起源和演化機(jī)制的重要線索。

　　王師教授說,測(cè)序的這只扇貝屬于蝦夷扇貝,是我國從日本引種的一種高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的養(yǎng)殖扇貝,市面上很常見。“扇貝的基因組雜合度很高,非常復(fù)雜,組裝其基因組精細(xì)圖很困難,為解決這一難題,我們制定了新的基因組組裝策略,選擇了一只雌雄同體扇貝,它可以同時(shí)產(chǎn)生卵子和精子,自體受精完成繁衍生息,如此降低了基因組的雜合度,就可以使基因組組裝的精確度更高。”

　　課題研究意外發(fā)現(xiàn)新方向

　　“我們以往關(guān)注蝦夷扇貝的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,卻一定程度上忽略了其他方面的研究價(jià)值。”王師告訴記者,現(xiàn)今地球上的動(dòng)物99%的物種隸屬雙側(cè)對(duì)稱動(dòng)物,進(jìn)化學(xué)家推測(cè)這些雙側(cè)對(duì)稱動(dòng)物可能起源于一個(gè)古老的共同祖先。但由于早期動(dòng)物在地層中的化石記錄匱乏,長期以來人們對(duì)雙側(cè)對(duì)稱動(dòng)物的起源和進(jìn)化機(jī)制存有較多爭議。在地球生物演化進(jìn)程中,曾出現(xiàn)過幾次被稱為“生命大爆發(fā)”的時(shí)期,即在短時(shí)間大量物種出現(xiàn),最著名的如寒武紀(jì)生命大爆發(fā),達(dá)爾文進(jìn)化論對(duì)此現(xiàn)象一直難以解釋。他們?cè)趯?duì)扇貝基因組深入研究的過程中意外地發(fā)現(xiàn),蝦夷扇貝的基因組比其他貝類的更保守,進(jìn)一步與已經(jīng)完成測(cè)序的其他動(dòng)物比較似乎也更古老。貝類在距今5億年前的早寒武紀(jì)就已出現(xiàn),他們敏銳地感覺到扇貝可為研究雙側(cè)動(dòng)物進(jìn)化提供難得的基因組模型,通過重構(gòu)推斷雙側(cè)對(duì)稱動(dòng)物祖先的基因組特征,可為理解動(dòng)物早期起源和進(jìn)化機(jī)制提供關(guān)鍵線索。

　　這對(duì)于團(tuán)隊(duì)而言無疑是重大發(fā)現(xiàn),經(jīng)過進(jìn)一步地研究和確定之后,包振民教授團(tuán)隊(duì)果斷地決定調(diào)整研究方向,在保留一部分研究人員繼續(xù)開展經(jīng)濟(jì)性狀的基因組分析外,充實(shí)調(diào)整力量一頭扎進(jìn)動(dòng)物早期起源和進(jìn)化的研究領(lǐng)域,生命演化是生物學(xué)研究領(lǐng)域的歷史悠久學(xué)科,也是科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)學(xué)科,宏觀進(jìn)化研究需要涉及生物界主要的分類單元和關(guān)鍵物種,這一工作無疑是巨大的,參入這一項(xiàng)目的國內(nèi)外研究人員先后有50多人。

　　對(duì)國際主流假說提出挑戰(zhàn)

　　“物種是從古老基因進(jìn)化而來的,扇貝的基因組有可能揭示物種起源。”王師教授說,生命研究領(lǐng)域?qū)ι�命演化的爭論一直存�?有專家提出以化石作為研究基礎(chǔ),但現(xiàn)實(shí)中的化石資源非常匱乏,許多重要環(huán)節(jié)化石的短缺使?fàn)幾h不斷,因此從動(dòng)物基因組分析了解生命演化過程也是進(jìn)化研究方向之一,“我們的研究就是從基因的角度入手推斷動(dòng)物的起源。”

　　團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn),扇貝的基因組19對(duì)染色體在宏觀性上與推測(cè)得到的兩體側(cè)動(dòng)物共同祖先的基因組連鎖群具有非常完好的對(duì)應(yīng)性,所以扇貝的基因組可稱為“化石基因組”。扇貝控制軀體模式發(fā)育的Hox基因簇呈“分段共線性”表達(dá)模式,與目前普遍認(rèn)為完整Hox基因簇遵循“完全時(shí)空共線性”表達(dá)模式不同。深入研究揭示“分段共線性”表達(dá)模式在低等動(dòng)物普遍存在,是一種獨(dú)特、古老的軀體模式?jīng)Q定機(jī)制,為理解寒武紀(jì)動(dòng)物軀體模式多樣化的起源和進(jìn)化機(jī)制提供了新視野。扇貝具有數(shù)十至上百的眼睛,結(jié)構(gòu)上屬于鏡眼類型。他們發(fā)現(xiàn)扇貝眼睛擁有不同尋常的多套光傳導(dǎo)通路系統(tǒng),其眼睛發(fā)生由pax2/5/8基因而非pax6基因主導(dǎo),對(duì)目前國際主流的眼睛單源起源假說(pax6控制)提出了挑戰(zhàn),為動(dòng)物體側(cè)眼獨(dú)立于頭眼起源進(jìn)化的新假說提供關(guān)鍵證據(jù)。據(jù)悉,這些重要發(fā)現(xiàn)將貝類在動(dòng)物進(jìn)化研究領(lǐng)域提升到一個(gè)新地位,拓展和加深了當(dāng)前學(xué)術(shù)界對(duì)雙側(cè)對(duì)稱動(dòng)物的早期起源和演化機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

　　研究工作獲國家自然科學(xué)基金、國家863計(jì)劃、海洋國家實(shí)驗(yàn)室“鰲山人才”等項(xiàng)目資助,獐子島集團(tuán)股份有限公司也為項(xiàng)目的順利完成提供資金和材料的大力支持。王師教授介紹,新成果除對(duì)動(dòng)物起源和進(jìn)化研究提供參考,其實(shí)對(duì)于扇貝品質(zhì)的改良、快速成長也將有所裨益。