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天津生物芯片项目文章 |海参基因组并在形态进化与器官再生研究方面获重要进展

发布日期:2017-10-19

     海参属于棘皮动物,是其中体型与形态最为特殊的种类,且处于从无脊椎向脊椎动物分化的独特进化地位,也是国内外重要的海产经济物种,具有极高的营养与医用价值。

 

 10月12号,国际学术期刊PLoS Biology在线刊发了天津生物芯片参与的海参全基因组精细参考图谱项目文章-“The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration”。该研究首次完成了仿刺参的全基因组精细参考图谱的绘制,揭示了海参的特殊形态进化与强大再生潜能的分子基础。

    在该研究中,研究人员利用Illumina和Pacbio测序平台和优化的组装策略,构建了海参全基因组的精细图谱,Contig N50 达到190 KB, Scaffold N50 达到486 KB,编码30350个基因。分析发现了调控动物关键进化过程中脊索形成的关键转录因子Brachyury基因的FGF基因在棘皮动物中显著收缩为1个,提示了棘皮动物在长期的进化过程中脊索、咽鳃裂消失的潜在原因。海参的近亲--海胆具有显著、发达的外骨骼,而海参外观柔软,骨骼退化为细小的桌形体,基因组解析发现它们都具有相对完整的骨骼发育通路,而不同之处在于海胆的矿化基因为31个,海参缩减为7个,而且海参矿化基因在发育过程中低表达,这才是其骨骼显著退化的根本原因。

     强大的再生潜能是棘皮动物最显著的特征之一,该研究利用多组学方法揭示了海参超强再生能力的分子机制。该种海参在强烈环境胁迫下可以将体内内脏几乎全部排出体外,当环境适宜后,可在2-3周重新长出功能完善的内脏器官。研究揭示了海参再生特有的由11个基因串联重复组成的PSP94-like基因簇和显著扩张成簇的fibrinogen-related protein (FREP)基因是海参具有超强再生能力的根本原因之一。 该研究为组织器官再生机制与再生医学应用、棘皮动物进化等研究提供了范式,也为海参遗传选育提供了完整、重要的理论基础。

 

据天津生物芯片技术总监孙亚民博士介绍,刺参基因组为高度杂合的复杂基因组,该公司采用第三代测序技术(PacBio)和自主研发的组装流程,突破了复杂基因组测序和组装技术瓶颈,显著缩短了复杂基因组测序周期和降低了测序成本,且基因组组装指标优于传统方法的组装指标。该成果的发布,预示着复杂基因组的测序和组装进入了新的时代。

天津生物芯片技术有限责任公司成立于2003年,公司长期致力于基因组学研究,2008年与美国夏威夷大学合作完成了国际上首个转基因组植物木瓜的基因组测序,并以封面文章的形式发表在Nature上,该公司是国内比较早开展大型生物基因组测序的单位之一。 近几年,该公司在基因组学领域不断进行技术储备和平台更新,截至目前公司具备包括ABI 3730、Illumina 、Ion torrent、PacBio和单分子光学图谱等全部主流测序平台,针对复杂基因组自主研发的测序和组装方案。截止目前,公司在Nature、Nature Communications、PNAS等杂志累计发表SCI论文超过200篇,总影响因子超过500。

参考文献:Zhang X, Sun L, Yuan J, Sun Y, Gao Y, Zhang L, Li S, et al. (2017). The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration. PLoS Biol 15(10): e2003790.

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2003790 

 

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