【摘 要】
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花斑裸鲤（Gymnocypris eckloni Herzenstein）属于高度特化裂腹鱼,是青藏高原特有物种,广泛分布于青藏高原黄河上游干支流和湖泊,对高原水环境具有极强的适应性,在维持高原淡水生态系统平衡中发挥重要作用。本研究采用Pac Bio SMRT第三代测序技术结合Hi-C技术开展花斑裸鲤基因组测序及组装、胚胎型和成年型血红蛋白基因组结构解析,并通过整胚原位杂交实验和q RTPCR技术
【基金项目】
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青海省自然科学基金项目（2020-ZJ-907）； 国家自然科学基金项目（31960127）；
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花斑裸鲤（Gymnocypris eckloni Herzenstein）属于高度特化裂腹鱼,是青藏高原特有物种,广泛分布于青藏高原黄河上游干支流和湖泊,对高原水环境具有极强的适应性,在维持高原淡水生态系统平衡中发挥重要作用。本研究采用Pac Bio SMRT第三代测序技术结合Hi-C技术开展花斑裸鲤基因组测序及组装、胚胎型和成年型血红蛋白基因组结构解析,并通过整胚原位杂交实验和q RTPCR技术确定胚胎发育阶段血红蛋白的时序表达特征。目的在于深入了解花斑裸鲤血红蛋白基因家族成员及结构特点,明确花斑裸鲤胚胎发育早期血红蛋白转换表达特征及调控,为深入研究裂腹鱼进化和血红蛋白时序转换积累科学数据。主要研究结果如下:（1）花斑裸鲤基因组大小为918.68 Mb,包括711个scaffolds,contig N50为4.19 Mb,scaffold N50为43.54 Mb。结合Hi-C数据将组装的序列进一步锚定和定位到23条染色体。通过基因注释,共预测到24,430个蛋白质编码基因,其中注释23,157个基因,占预测蛋白质编码基因总数的94.80%。（2）对花斑裸鲤进行比较基因组分析后,共聚类出24,619个基因家族,共有基因家族为2739个,花斑裸鲤物种特异性基因家族共计856个。基因家族的扩张和收缩分析结果显示,与其最近共同祖先相比,花斑裸鲤基因组扩张了464个基因家族,收缩了743个基因家族,扩张和收缩的基因家族可能在花斑裸鲤在适应高原水环境的过程中发挥了重要作用。系统发育分析表明花斑裸鲤与鲤关系最为密切,大约在34.8百万年前出现分歧,与青藏高原第一次和第二次隆升事件相吻合。同时,研究发现花斑裸鲤大约在14.2百万年前经历了第四次全基因组复制事件,这对花斑裸鲤染色体和基因家族进化产生了显著影响。（3）将花斑裸鲤全基因组构建成本地数据库,利用已公布的斑马鱼胚胎型血红蛋白基因（hbae1、hbae3、hbae4、hbae5、hbbe1、hbbe2、hbbe3）和成年型血红蛋白基因（hbaa1、hbaa2、hbba1、hbba2）CDS序列为搜索条件,在花斑裸鲤基因组中共鉴定到7个胚胎型α-Hb（hbae1.1、hbae1.2、hbae1.4、hbae1.5、hbae1.6、hbae4和hbae5）、6个胚胎型β-Hb（hbbe1.1、hbbe1.2、hbbe1.4、hbbe1.5、hbbe1.6和hbbe3）、2个成年型a-Hb（hbaa1、hbaa2）、2个成年型β-Hb（hbba1、hbba2）和2个假基因（hbae1.3、hbbe1.3）。初步断定花斑裸鲤在适应高原环境的进化过程当中丢失hbae3与hbbe2基因。（4）花斑裸鲤血红蛋白基因分布在20号染色体和5号染色体。位于20号染色体的珠蛋白基因簇编码2个胚胎型血红蛋白hbae1和hbbe1,CDS序列全长分别为432 bp、444 bp,分别编码143、147个氨基酸;4个成年型血红蛋白hbaa1、hbaa2、hbba1和hbba2,CDS序列全长分别为432 bp、432 bp、447bp、444 bp,分别编码143、143、148、147个氨基酸。位于5号染色体的珠蛋白基因簇编码3个胚胎型血红蛋白hbae4、hbae5和hbbe3,CDS序列全长分别为426 bp、432 bp、441 bp,分别编码141、143、146个氨基酸。（5）整胚原位杂交和q RT-PCR结果显示,hbae1、hbbe1与hbbe3基因在胚胎发育至96h开始表达,216h基因表达量急剧上升,且hbae1与hbbe1基因在216h至432h内持续高表达,hbbe3基因在216～264h表达量达到峰值,随后表达量下降,336h后停止表达,说明hbae1、hbbe1和hbbe3基因在花斑裸鲤胚胎发育早期有氧代谢方面发挥了重要作用。hbae4与hbae5基因表达量低、无杂交信号,故推测hbae4与hbae5基因可能在裂腹鱼亚科鱼类胚胎发育过程中不发挥生物学功能或出现功能的弱化。综上所述,花斑裸鲤可能具有与斑马鱼和黄河裸裂尻鱼不同的血红蛋白转换表达特征,这可能与花斑裸鲤特殊的进化历程和高原环境的适应有关。
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