我院徐鵬教授課題組與中國水產科學研究院等單位合作，日前在國際分子進化領域頂級期刊《Molecular Biology and Evolution（分子生物學與進化）》（IF=13.649）發表研究論文“Genomic basis of adaptive evolution: the survival of Amur ide (Leuciscus waleckii) in an extremely alkaline environment”，揭示硬骨魚類在極端堿性環境下的基因組進化和適應性分子機制。
全球氣候變化無時無刻不在改變著生物的生活環境，氣候變化背景下的生物遺傳多樣性變化和適應性進化，是廣受關注的科學問題。我國內蒙古高原東部達里諾爾湖是典型的高堿碳酸鹽型半咸水湖泊，pH 高達9.6，地質證據和湖泊演化歷史表明，該湖是在全新世晚期以來，在數千年的時間內由淡水湖泊快速演化而成。該湖瓦氏雅羅魚（Leuciscus waleckii）種群與其他淡水種群不同，不僅可以耐受高堿環境，而且可以繁衍生長，成為僅存的數種魚類之一。該種群隨著湖泊演化而受到環境堿度持續增加的選擇壓力，經過快速基因組演化而獲得對極端高堿環境的耐受和適應，因此它是研究在全球氣候變化背景下硬骨魚類應對酸堿水環境適應性進化的理想模式魚類。解析相關的遺傳機制和分子機理，不僅有利于深入了解硬骨魚類應對水體酸堿變化的適應性分子機制，而且也對培育適應鹽堿水域的魚類新品種，拓展水產養殖業的發展空間具有非常重要的參考價值。
徐鵬課題組通過對達里諾爾湖瓦氏雅羅魚的全基因組深度測序，完成了其全基因組精細圖譜和精確注釋，隨后對來自達里諾爾湖堿性環境和烏蘇里江淡水環境的瓦氏雅羅魚種群進行了全基因組重測序和遺傳變異位點挖掘。通過比較基因組學分析，發現了極端堿性環境適應相關的基因或基因家族復制和擴張現象；通過對極端堿性環境和淡水環境下樣本基因組遺傳多態性的掃描和比較分析（選擇壓力分析、選擇性多態性清除等），發現了一系列與硬骨魚類極端堿性環境適應性相關的基因，基因功能分析表明這些基因參與了酸堿調節、離子轉運、含氮廢物排泄、脅迫應答等多種調控通路。這些研究結果從基因組水平上揭示了瓦氏雅羅魚應對極端堿性環境的分子進化和遺傳機制，為研究硬骨魚類在氣候變化背景下的極端環境適應性進化提供了重要參考，也為耐堿魚類新品種選育提供必要的遺傳學基礎。
該研究成果于2016年10月20日在《Molecular Biology and Evolution》在線發表（doi:10.1093/molbev/msw230）。徐鵬教授為該論文通訊作者。該項研究工作得到了國家自然科學基金青年基金、優秀青年基金、科技部863項目和廈門大學校長基金等項目資助。
Abstract:
The Amur ide (Leuciscus waleckii) is a cyprinid fish that is widely distributed in Northeast Asia. The Lake Dali Nur population inhabits one of the most extreme aquatic environments on Earth, with an alkalinity up to 50 mmol/L ( pH 9.6), thus providing an exceptional model with which to characterize the mechanisms of genomic evolution underlying adaptation to extreme environments. Here, we developed the reference genome assembly for L. waleckii from Lake Dali Nur. Intriguingly, we identified unusual expanded long terminal repeats (LTRs) with higher nucleotide substitution rates than in many other teleosts, suggesting their more recent insertion into the L. waleckii genome. We also identified expansions in genes encoding egg coat proteins and natriuretic peptide receptors, possibly underlying the adaptation to extreme environmental stress. We further sequenced the genomes of 10 additional individuals from freshwater and 18 from Lake Dali Nur populations, and we detected a total of 7.6 million SNPs from both populations. In a genome scan and comparison of these two populations, we identified a set of genomic regions under selective sweeps that harbour genes involved in ion homoeostasis, acid-base regulation, unfolded protein response, reactive oxygen species elimination, and urea excretion. Our findings provide comprehensive insight into the genomic mechanisms of teleost fish that underlie their adaptation to extreme alkaline environments.
Link for full article: doi:10.1093/molbev/msw230
