《牡蛎基因组解析与潮间带适应的分子机制》

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牡蛎是经济和生态价值兼备、生物学特点突出的海洋无脊椎动物。牡蛎是中国海洋主养贝类,也是全球养殖量最大的贝类之一;牡蛎还常为潮间带优势种,对如赤潮等近海环境变化有重要的调控作用。牡蛎栖息的潮间带是海洋和陆地间的过渡地带,极易受人类活动及气候变化的影响,是温盐等环境因子变化最为剧烈的海洋环境。小而复杂的基因组,高变异性的遗传结构和多次变态的间接发育是牡蛎的基本特性,而这些特性与潮间带环境适应的关系则一直为学界所关注;贝壳是牡蛎等贝类典型性状,也是其应对环境胁迫的第一道屏障,但贝壳形成机制还多有争议;同时,牡蛎物种多样性格局的形成及其与环境的关系也是海洋生物领域研究的热点。

该团队在国际上率先实施了牡蛎基因组计划,利用全新的组装策略,成功地解决了牡蛎复杂基因组组装难题,构建出动物界第二大门-贝类的第一个基因组序列精细图谱。发现牡蛎基因组的高多态性及高重复序列含量特征,揭示了基因家族的特异性扩张是牡蛎适应性进化的组学机制。发现体制决定等保守调控网络在担轮幼虫期已开始建立,同时物种特异的新基因此时也已大量表达,表明担轮幼虫是适应性进化的关键节点发育阶段。发现牡蛎逆境响应相关的基因进化活跃,热休克蛋白70、凋亡抑制蛋白等基因家族以及游离氨基酸调控通路相关基因高度扩张,并在逆境应激生理响应中发挥了重要作用;提出了强大的胞内应激调控能力是牡蛎高抗逆性生物学基础的新观点,并发现免疫和胁迫抗性基因适应性进化的一致性。发现多个器官参与了贝壳形成,改变了只有外套膜是贝壳形成唯一器官的既往认知,为淋巴细胞和外来体参与贝壳形成物质运输过程提供了新证据。精卵结合的进化机制研究表明,牡蛎精子的bindin基因受到正选择,卵子表面的bindin结合受体在种特异的精卵识别进化中起主导作用。杂交实验进一步证明,牡蛎多数种间具有不完全的配子隔离,海区生态环境及牡蛎的适应性进化对维持物种格局都具有重要作用。

该项目围绕牡蛎潮间带适应分子机制这一核心科学问题,从基因组结构和功能特征、发育进化、逆境适应、贝壳形成和物种分化等不同方面进行研究,获得多项创新性发现。该成果将有助于人们对海洋生物适应性进化过程的理解,有助于人类对牡蛎等海洋生物资源的科学管理和合理利用,也将有助于在全球环境变化下人们对海洋生命系统动态响应趋势的预测。成果团队是国际上牡蛎基础研究最重要的团队之一。近年来发表牡蛎相关SCI论文57篇,其中8篇代表性论文SCI和CSCD引用次数合计626(SCI569),SCI单篇他引348次的论文是中国海洋生物和水产领域的首篇也是迄今唯一的nature主刊论文。该论文发表后受到持续关注,其中不乏nature等顶级刊物论文的引用。英国Plymouth大学著名的海洋生物学家Spicer教授评价该文是“海洋生物胁迫适应机制最全面系统的基因组学研究”。鉴于该成果的影响力,研究团队受邀在AnnualReview系列刊物上发表了综述文章“牡蛎潮间带逆境适应的分子机制”,引领了国际海洋生物适应性进化研究发展的新方向。

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