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海带新基因组草图

中国水产科学研究院、中国科学院北京生命科学研究院、中国科学院大学等机构的研究人员报告称,他们绘制出了经济上最重要的一种海藻——海带Saccharina japonica的基因组序列草图,由此提供了有关大型褐藻(kelp)生物学的一些见解。这一研究成果发布在4月24日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。


大型褐藻属于与陆生植物和动物有着远亲关系的不等鞭毛门(Stramenopiles)。这些大型藻类在发育过程中会显示出一些不同于单细胞不等鞭毛门的分化组织。广阔的海底大型褐藻群是海底海洋生物群落中最大的生物结构,占据了寒带和温带海洋系统总生物量的70%。尤其是海带对于生态系统至关重要,是一种经济上重要的海产作物。人们利用东亚培育的这些大型褐藻以及收获自欧洲和北美的自然褐藻群体来生产藻酸盐(Alginate),后者被广泛应用于制药、食品和工业领域。这些大型褐藻还可能为未来的可再生混合能源提供重要的成分。


此外,海带也是最大的碘存储器,为生物地球化学碘循环做出了巨大的贡献,因此对于大气化学具有重要的影响。尤其是太平洋西北沿海最常见的海带S. japonica,正变为海洋养殖业经济上最重要的海藻之一。有赖于一些人工育苗技术,S. japonica海洋养殖迅速发展使得它成为了世界上最重要的海藻,这一海藻的大部分都被用作为食物和工业原料。2012年S. japonica的产量达到790万吨(干重),市场价值超过13亿美元。


尽管大型海藻具有重要的生态、经济和进化意义,当前我们对于它们的遗传结构以及代谢,包括它们的碘富集系统和藻酸盐生成信号通路仍然知之甚少,这阻碍了遗传研究和海洋养殖。并且多年来的种间杂交和以生物量生产为目标的人工选择不仅使得这些大型褐藻的一些经济特征退化,还缩小了它们的遗传变异。近期有研究人员完成了对长囊水云(Ectocarpus siliculosus,大型褐藻物种的近亲)的测序,大大推动了对S. japonica的功能和进化调查在这篇新文章中研究人员报告称绘制出了人工培育S. japonica雌配子体的基因组序列草图。装配的537-Mb基因组序列覆盖了估计基因组的98.5%,并预测和注释了18,733个蛋白质编码基因。


结果显示,一些与细胞壁合成、碘富集、发育及防御系统相关的基因家族发生了扩增。甘露糖醛酸C-5差向异构酶(C-5-mannuronan epimerase)和卤过氧化物酶(haloperoxidase)基因家族功能多样化提供了有关多糖生物合成和碘抗氧化作用进化适应的一些新见解。对9种野生种群和7种有代表性的Saccharina培育品种进行重测序的结果揭示,野生种群中的遗传多样性大于培育品种。所有这些培育品种都是一种野生S. japonica的后代,且存在S. japonica与长叶海带(S. longissima)杂交的情况。


这项研究是朝着提高海带产量及改良经济性状取得的一项重要进展,并为植物基因组研究提供了一个宝贵的资源。


原文链接:Saccharina genomes provide novel insight into kelp biology


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