论文部分内容阅读
长臀鮠(Cranoglanis bouderius),隶属于鲇形目(Siluriformes),长臀鮠科(Cranoglanididae),长臀鮠属(Cranoglanis),是仅分布于珠江水系的经济鱼类,具有脂肪含量高、成活率高,抗病性强等特点。近年来,由于过度捕捞,其野生资源量日益锐减。为促进后续该鱼的资源保护、遗传育种,病害防治以及进化生物学方面研究并提供良好的数据基础,本研究首次对长臀鮠基因组进行了染色体水平的组装。此外,鲇形目鱼类的染色体数量存在较大差异,长臀鮠的染色体数目是基因组达到染色体水平的鲇形目鱼类之中最多的,可为鲇形目鱼类染色体演化研究提供良好的模型。主要研究内容如下:1.长臀鮠染色体水平基因组组装及注释本研究对采自于珠江水系的一尾雌性长臀鮠进行基因组测序,利用Illumina测序产生的40.84 Gb测序数据对长臀鮠基因组进行survey分析预估基因组大小和杂合度,K-mer分析结果表明长臀鮠基因组大小约为931 Mb,杂合度为0.5%。使用Nanopore测序数据进行基因组组装,结合Illumina以及Pac Bio测序数据进行组装校正,最终得到的基因组大小为881.33 Mb,Contig N50为20.01 Mb,BUSCO评估结果证明长臀鮠基因组组装结果较好。利用Hi-C测序技术将长臀鮠基因组序列定位到38条染色体上,构建了染色体水平基因组。结合从头预测、同源预测以及基于转录组预测三种方法对长臀鮠基因组进行基因组注释。长臀鮠基因组中重复序列占比49.55%,其中散在重复序列占比为43.89%。长臀鮠的基因组中共注释到蛋白质编码基因21715个,BUSCO评估结果表明长臀鮠基因组注释有较高的准确性和完整性。2.比较基因组学分析结合斑点雀鳝、斑马鱼、青鳉等12种硬骨鱼类基因组进行基因家族聚类分析,获得3436个单拷贝直系同源基因用于系统发育关系构建以及分化时间的估计。以斑点雀鳝作为外类群,系统发育分析表明,耳鳔系鱼类的进化关系为(鲤形目,(脂鲤目,(电鳗目,鲇形目))),5种鲇形目鱼类形成一个单系类群,长臀鮠与斑点叉尾鮰具有最近亲缘关系。分歧时间估计结果表明,耳鳔系鱼类于约229百万年前(Mya)发生分化,鲇形目与电鳗目在约110 Mya发生分化,长臀鮠与斑点叉尾鮰的分化时间约为31 Mya。基因家族扩张与收缩分析表明,在进化过程中,长臀鮠有247个基因家族发生扩张,GO功能富集以及KEGG富集分析表明,扩张基因显著富集在与嗅觉相关的功能和通路,可能对长臀鮠在底栖生活适应性上有重要作用。正选择分析表明,长臀鮠共有130个基因受到正选择压力。其中,SNX8、POLR3E、CDO1、Sox3以及Lars2等基因,在长臀鮠生长发育、繁殖、免疫反应,抗病毒反应方面可能发挥重要作用。长臀鮠的扩张基因以及正选择基因可能与长臀鮠的生长特性、环境适应性等方面有密切联系。3.鲇形目鱼类染色体演化初探长臀鮠和鳗鲇是现有基因组达到染色体水平的鲇形目鱼类中,染色体数目最多和最少的两个物种。研究结合斑点叉尾鮰、长吻鮠、长臀鮠、黄颡鱼、鳗鲇、南方鲇、丝尾鳠,以及斑马鱼基因组,重构了鲇形目鱼类的祖先染色体。结果表明,鲇形目鱼类祖先染色体数目可能为2n=68。基于核型数据、系统发育分析以及分歧时间估计,推测鳗鲇在进化过程中可能经历了较多的染色体融合事件。转座子含量比较分析表明,RTE超家族转座子可能在鳗鲇的染色体融合中发挥重要作用。综上,本研究对珠江特有鱼类长臀鮠基因组进行测序及组装,并采用比较基因组学分析方法丰富了长臀鮠的进化方面的研究。同时,本研究为鲇形目鱼类染色体演化提供新的见解,并为后续该物种的相关研究提供良好的数据基础。