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中科院海洋所破译BOB基因组并在形态进化与器官再生研究方面获重要进展
中国水产科学研究院  2017/10/23 11:31:47  阅读:7318

10月13日,国际学术期刊PLoS Biology在线刊发了由中国科学院海洋研究所杨红生研究员课题组和相建海、李富花研究员课题组主导,天津生物芯片技术公司、加拿大纽芬兰纪念大学等单位合作,由张晓军、孙丽娜、袁剑波等青年科研人员为共同第一作者,协力完成的研究论文“The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration”。该研究首次完成了仿刺参Apostichopus japonicus(俗称BOB)的全基因组精细参考图谱的绘制,揭示了BOB的特殊形态进化与强大再生潜能的分子基础。

BOB属于棘皮动物,是其中体型与形态最为特殊的种类,且处于从无脊椎向脊椎动物分化的独特进化地位,也是国内外重要的海产经济物种,具有极高的营养与医用价值。在该研究中,研究人员利用Illumina和Pacbio测序平台和优化的组装策略,构建了BOB全基因组的精细图谱,Contig N50 达到190 KB, Scaffold N50 达到486 KB,编码30350个基因。分析发现了调控动物关键进化过程中脊索形成的关键转录因子Brachyury基因的FGF基因在棘皮动物中显著收缩为1个,提示了棘皮动物在长期的进化过程中脊索、咽鳃裂消失的潜在原因。BOB的近亲--海胆具有显著、发达的外骨骼,而BOB外观柔软,骨骼退化为细小的桌形体,基因组解析发现它们都具有相对完整的骨骼发育通路,而不同之处在于海胆的矿化基因为31个,BOB缩减为7个,而且BOB矿化基因在发育过程中低表达,这才是其骨骼显著退化的根本原因。

强大的再生潜能是棘皮动物最显著的特征之一,该研究利用多组学方法揭示了BOB超强再生能力的分子机制。该种BOB在强烈环境胁迫下可以将体内内脏几乎全部排出体外,当环境适宜后,可在2-3周重新长出功能完善的内脏器官。研究揭示了BOB再生特有的由11个基因串联重复组成的PSP94-like基因簇和显著扩张成簇的fibrinogen-related protein (FREP)基因是BOB具有超强再生能力的根本原因之一。

该研究为组织器官再生机制与再生医学应用、棘皮动物进化等研究提供了范式,也为BOB遗传选育提供了完整、重要的理论基础。该研究得到国家863计划、中国科学院先导专项、国家自然科学基金、鳌山科技创新计划项目的资助。


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