近日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所院級“南海漁業(yè)資源調(diào)查與評估”創(chuàng)新團(tuán)隊聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)在揭示鳶烏賊基因組及其大洋性適應(yīng)機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展，構(gòu)建了鳶烏賊染色體水平基因組圖譜，并對頭足類的大洋生活的適應(yīng)性機(jī)制進(jìn)行了分子層面解析，為頭足類動物的適應(yīng)性進(jìn)化和分子遺傳學(xué)研究提供了重要信息，同時也為鳶烏賊種質(zhì)的遺傳評價和利用奠定了基礎(chǔ)。

鳶烏賊

該研究成果論文以 “Genomes of Two Flying Squid Species Provide Novel Sights into Adaptations of Cephalopods to Pelagic Life” 為題在線發(fā)表在國際期刊Genomics, Proteomics & Bioinformatics（中科院一區(qū)）上。南海水產(chǎn)研究所李敏博士與西北工業(yè)大學(xué)武寶生博士為論文第一作者，南海水產(chǎn)研究所陳作志研究員與西北工業(yè)大學(xué)馮晨光博士為論文通訊作者，南海水產(chǎn)研究所為論文第一單位。

鳶烏賊（Purpleback flying squid）是已探明的我國最大宗的經(jīng)濟(jì)漁業(yè)資源。該物種主要分布于印度－太平洋暖水海域，生長速度快，資源量豐富，是我國南海外海漁業(yè)開發(fā)的主要捕撈對象。鳶烏賊生態(tài)類型豐富、適應(yīng)能力強(qiáng)，具備適應(yīng)大洋生活的一些如視力敏銳、行動敏捷等典型特征，是研究大洋性頭足類適應(yīng)進(jìn)化及遺傳機(jī)制的理想模型。

研究人員采用 PacBio、10 × Genomics、Hi-C技術(shù)，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序，獲得了鳶烏賊兩個表型群即中型群（Sthenoteuthis oualaniensis）和微型群（Sthenoteuthis sp.）的高質(zhì)量基因組，大小分別為 5450 和 5651 Mb。其中S. oualaniensis基因組的Contig N50 和Scaffold N50分別達(dá)到1.52 Mb和118.8 Mb，95.72% 的contigs被掛載到46對染色體上，是目前唯一組裝到染色體水平的魷魚基因組。

在開闊的大洋環(huán)境中，敏銳的視力被認(rèn)為是頭足類“捕食—逃避被捕食”軍備競賽中不斷進(jìn)化的產(chǎn)物。S－晶狀體蛋白是一種具備的折射特性的蛋白，在光線不足的情況下對良好的視力有很大的貢獻(xiàn)。比較基因組分析顯示，鳶烏賊基因組中S－晶狀體蛋白基因家族普遍出現(xiàn)了擴(kuò)張，其中SL20-1亞家族的擴(kuò)張最為顯著，而大多數(shù)僅在眼睛中高表達(dá)，表明該亞家族的擴(kuò)張在鳶烏賊敏銳的視力的演化中發(fā)揮了重要作用。

鳶烏賊屬于頭足類柔魚科中的“飛魷”（Flying squid），這個類群的游動速度是水生無脊椎動物中最快的，甚至可以跳出水面在空中滑行。這種高度的敏捷性需要非常高的代謝水平提供支持。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)鳶烏賊基因組中與能量代謝關(guān)聯(lián)的基因如磷酸甘油酸激酶 1（糖酵解途徑第一個產(chǎn)生ATP的酶）pgk1基因、IscS 基因（參與多種鐵硫 (Fe-S) 蛋白的合成）、編碼復(fù)合物 I （線粒體電子呼吸鏈驅(qū)動的 ATP 合成中起關(guān)鍵作用）的兩個重要亞基ndufa6和ndufa7基因在所有取樣的組織中都高度表達(dá)，受到了顯著的正選擇壓力，表明這些基因很可能促進(jìn)ATP合成，有利于鳶烏賊維持高代謝水平，從而實現(xiàn)高度的行為靈活性。

研究人員還發(fā)現(xiàn)新基因的產(chǎn)生和能量代謝基因的增加在鳶烏賊發(fā)光器的進(jìn)化過程中發(fā)揮了關(guān)鍵的功能作用。此外，基于頭足類系統(tǒng)發(fā)育分析，在基因組水平上鳶烏賊微型群Sthenoteuthis sp.和中型群S. oualaniensis的差異明顯，分化時間相當(dāng)長（約 4100萬年前），證實了微型群Sthenoteuthis sp.應(yīng)被視為一個獨立的物種的結(jié)論。

該研究得到廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目課題2019B030302004）、農(nóng)業(yè)財政專項（NFZX2021）、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室 （廣州） 人才團(tuán)隊引進(jìn)重大專項 (GML2019ZD0605)等項目資助。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672022922001255

兩種鳶烏賊解剖圖(左)和在軟體動物中的系統(tǒng)發(fā)育位置(右)

基因組組裝和注釋

視力相關(guān)基因SL20-1亞家族(左)和能量代謝相關(guān)的正選擇基因家族(右)