重磅！海大在扇貝基因組圖譜繪製和動物宏觀進化領域取得重要進展

2017年4月3日，國際生態與進化領域權威期刊Natuer子刊Nature Ecology & Evolution以Article形式在線發表了中國海洋大學海洋生物遺傳學與育種教育部重點實驗室包振民教授領銜的國際研究團隊的最新論文「Scallop genome provides insights into evolution of bilaterian karyotype and development」（扇貝基因組揭示雙側對稱動物核型和發育進化）。

包振民教授課題組與北京諾禾致源、挪威SARS研究中心、美國羅格斯大學和中國科學院海洋研究所等單位研究人員合作，在國際上首次完成了扇貝基因組精細圖譜繪製，並在動物宏觀進化領域取得重要研究進展，在探究原始動物祖先（Urbilateria）染色體核型進化、軀體結構多樣性產生、眼睛起源和調控機制等方面取得多項新發現和新認識，為理解動物早期起源和演化機制提供關鍵線索。

這也是包振民教授課題組繼2016年在Nature Protocols後，再次在國際基因組學領域發表高水平論文，彰顯了中國海洋大學在相關研究領域的國際地位和重要影響力。

圖1. 扇貝(P. yessoensis) 近乎完美地保留了雙側對稱動物祖先的染色體核型

現今地球上，動物界99%的物種隸屬雙側對稱動物（bilaterian），寒武紀生命大爆發，雙側對稱動物大量出現，進而演化形成了我們今天地球上動物界主要類群的基本格局。進化學家推測這些雙側對稱動物可能起源於一個古老的共同祖先（Urbilateria），但由於早期動物化石記錄匱乏，長期以來人們對雙側對稱動物的起源和進化機制存有較多爭議。

包振民教授團隊作為國際扇貝基因組計劃的發起者，領導完成了首張高質量扇貝全基因組圖譜繪製。團隊利用前期研發的2b-RAD技術（Nature Methods, 2012），首次將古老冠輪動物基因組拼接至染色體水平。通過對扇貝基因組深度解析，揭示扇貝呈現眾多原始動物祖先基因組特徵，如近乎完美地保留了動物祖先的染色體核型、保留數目最多的古老基因家族、保留最完整的Hox、ParaHox、NK基因簇等，為迄今已發現的最古老的雙側對稱動物基因組。貝類距今5億年前早寒武紀就已出現，扇貝為研究雙側動物進化提供了難得的基因組模型，通過重構推斷雙側對稱動物祖先的基因組特徵，可為理解動物早期起源和進化機制提供關鍵線索。

圖2. Hox基因簇「分段共線性(STC)」調控新模式及其可能的起源和演化途徑

研究進一步發現扇貝控制軀體模式（body plan）發育的Hox基因簇呈「分段共線性」表達模式，與目前普遍認為完整Hox基因簇遵循「完全時空共線性」表達模式不同，深入研究揭示「分段共線性」表達模式在低等動物普遍存在，是一種獨特、古老的軀體模式決定機制，為理解寒武紀動物軀體模式多樣化的起源和進化機制提供了新視野。

扇貝具有數十至上百的鏡眼，研究還發現扇貝眼睛擁有不同尋常的多套光傳導通路系統，其眼睛發生由pax2/5/8基因而非pax6基因主導，對目前國際主流的眼睛單源起源假說（pax6控制）提出了挑戰，為動物體側眼獨立於頭眼起源進化的新假說提供關鍵證據。上述重要發現將貝類在動物進化研究領域提升到一個新地位，拓展和加深了當前學術界對雙側對稱動物的早期起源和演化機制的認識。

海洋生物遺傳學與育種教育部重點實驗室包振民教授和王師教授分別為該文的通訊作者和第一作者。研究工作獲國家自然科學基金、國家863計劃、海洋國家實驗室「鰲山人才」等項目資助，獐子島集團股份有限公司也為項目的順利完成提供資金和材料的大力支持。

來源/ 海洋生物遺傳學與育種教育部重點實驗室

編輯/ 劉蒞

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