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海参超强再生能力的奥秘:中国科学院海洋研究所破译海参基因组

仿刺参Apostichous japonicus

10月13日,中国科学院海洋研究所杨红生课题组、相建海课题组、李富花课题组主导,天津生物芯片技术公司、加拿大纽芬兰纪念大学等单位合作,完成的研究论文在线发表在PLoS Biology上。该研究首次完成了仿刺参Apostichopus japonicus(俗称海参)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再生潜能的分子基础。

海参属于棘皮动物,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,是国内外重要的海产经济物种之一,具有营养与医用价值。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。研究分析发现,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,不同之处在于海胆的矿化基因为31个,海参缩减为7个,且海参矿化基因在发育过程中低表达,是其骨骼显著退化的根本原因。

海参肠道再生的关键基因与基因调控模式

海参的矿化基因及其表达

强大的再生潜能是棘皮动物最显著的特征之一,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将体内内脏几乎全部排出体外,当环境适宜后,可在2至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。研究工作得到国家863计划、中科院先导专项、国家自然科学基金、鳌山科技创新计划项目的资助。

参考资料:

The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration

来源:中国科学院

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本文由 测序中国 作者:陈初夏 发表,转载请注明来源!

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