中科院/BGI石瓊Nature封面文章破譯海馬基因組並闡述其特殊形態的演化歷程

BioArt按：12月14日，Nature在線發表了一項由中科院南海海洋研究所/深圳華大基因研究院石瓊教授課題組聯合德國康斯坦茨大學、新加坡A*STAR（Agency for Science, Technology and Research ）分子細胞生物學研究所等單位研究人員完成的題為「The seahorse genome and the evolution of its specialized morphology」封面學術長文（Article和Cover story），該研究首次破譯了海馬的基因組並闡釋了其特殊形態的演化方式。文章第一單位為中科院南海海洋研究所，通訊作者為石瓊、Axel Meyer （德國康斯坦茨大學）和 Byrappa Venkatesh（新加坡A*STAR）。

海馬是一種小型海洋動物，有著特殊形態結構，其頭部呈現馬頭狀，嘴部呈長管狀，頭與骨幹呈直角形，雄性海馬腹部有一個育兒囊（雌性沒有），交配期間雌性海馬會把卵子釋放到雄性海馬的育兒囊裡面受精，受精後的海馬一直在雄性海馬育兒囊里發育直到發育成型後再被釋放到海水裡。海馬還是地球上唯一一種由雄性生育後代的動物。正因為海馬的特殊形態和行為，所以通過對海馬基因組的測序分析並從進化上解釋就顯得比較有意義。

這篇Nature文章測序的海馬中文名叫「虎尾海馬」（tiger tail seahorse, 學名Hippocampus comes），虎尾海馬，為輻鰭魚綱棘背魚目海龍科的其中一種，分布於東印度洋和西太平洋，活動記錄從菲律賓，印度尼西亞，馬來西亞，新加坡，越南，泰國和印度（安達曼群島）海域，棲息深度可達20米，體長可達18.7厘米，棲息在珊瑚礁，通常成對出現，屬肉食性，以小型甲殼類為食，夜行性，可做為觀賞魚。（文字來源於網路http://www.iltaw.com/animal/327）

通過比較基因組的手段分析發現，相比於硬骨魚類基因組，虎尾海馬蛋白質和核酸簡化速率更高。該研究鑒定了一個astacin金屬蛋白酶基因家族已經有過擴張並且在雄性育兒袋中高表達（下圖紅色基因表示金屬蛋白酶家族）。

研究還發現，虎尾海馬缺乏編碼釉質特異性蛋白（富含脯氨酸/谷氨醯胺）的一些分泌型鈣結合磷蛋白基因，這些基因的缺失會導致牙齒礦化的喪失。比較有意思的是，這項研究中還發現虎尾海馬沒有後肢發育的調節基因tbx4，在斑馬魚中敲除tbx4會出現一個類似於海馬腹鰭缺失的表型（下圖）。

這項研究以封面加長文的形式發表在Nature上，還是非常引人關注的。文章從基因組比對的手段入手，弄清楚了海馬在進化樹上存在的位置，非常值得一提的是這篇文章還做了某些關鍵基因的功能驗證分析，特別是在斑馬魚中敲除tbx4能夠部分看到一些在海馬中出現的形態，十分有趣。所以，這項研究不是大家通常認為就是花錢測序發大文章的方式，這篇文章其實很實在，通過獲得海馬的基因信息進而通過相關基因的功能研究很好的部分解釋了海馬這一小型海洋生物的不同之處。

附：石瓊教授的簡介

石瓊教授1991年本科畢業於湖北大學，隨後在中山大學獲得碩士和博士學位，博士畢業後1997年到北京師範大學做了兩年博後同時也被聘為副教授。1999年以後，石瓊先後赴日本北海道大學、美國NIH和馬里蘭大學訪問研究，2008年成為美國OriGene Technologies Inc 科學家，2011年回到深圳華大基因研究院任研究員至今。目前師兄教授還兼任中國科學院大學博導，主要從事海洋生物基因組學研究。

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