10月13日，國際學術期刊PLoS Biology在線刊發(fā)了由中國科學院海洋研究所楊紅生研究員課題組和相建海、李富花研究員課題組主導，天津生物芯片技術公司、加拿大紐芬蘭紀念大學等單位合作，由張曉軍、孫麗娜、袁劍波等青年科研人員為共同第一作者，協(xié)力完成的研究論文“The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration”。該研究首次完成了仿刺參Apostichopus japonicus（俗稱海參）的全基因組精細參考圖譜的繪制，揭示了海參的特殊形態(tài)進化與強大再生潛能的分子基礎。

海參屬于棘皮動物，是其中體型與形態(tài)最為特殊的種類，且處于從無脊椎向脊椎動物分化的獨特進化地位，也是國內外重要的海產經(jīng)濟物種，具有極高的營養(yǎng)與醫(yī)用價值。在該研究中，研究人員利用Illumina和Pacbio測序平臺和優(yōu)化的組裝策略，構建了海參全基因組的精細圖譜，Contig N50 達到190 KB, Scaffold N50 達到486 KB，編碼30350個基因。分析發(fā)現(xiàn)了調控動物關鍵進化過程中脊索形成的關鍵轉錄因子Brachyury基因的FGF基因在棘皮動物中顯著收縮為1個，提示了棘皮動物在長期的進化過程中脊索、咽鰓裂消失的潛在原因。海參的近親--海膽具有顯著、發(fā)達的外骨骼，而海參外觀柔軟，骨骼退化為細小的桌形體，基因組解析發(fā)現(xiàn)它們都具有相對完整的骨骼發(fā)育通路，而不同之處在于海膽的礦化基因為31個，海參縮減為7個，而且海參礦化基因在發(fā)育過程中低表達，這才是其骨骼顯著退化的根本原因。

強大的再生潛能是棘皮動物最顯著的特征之一，該研究利用多組學方法揭示了海參超強再生能力的分子機制。該種海參在強烈環(huán)境脅迫下可以將體內內臟幾乎全部排出體外，當環(huán)境適宜后，可在2-3周重新長出功能完善的內臟器官。研究揭示了海參再生特有的由11個基因串聯(lián)重復組成的PSP94-like基因簇和顯著擴張成簇的fibrinogen-related protein (FREP)基因是海參具有超強再生能力的根本原因之一。

該研究為組織器官再生機制與再生醫(yī)學應用、棘皮動物進化等研究提供了范式，也為海參遺傳選育提供了完整、重要的理論基礎。該研究得到國家863計劃、中國科學院先導專項、國家自然科學基金、鰲山科技創(chuàng)新計劃項目的資助。