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这种小龙虾的基因组首次被破译,而肿瘤学家希望以此抗击癌症

美洲龙纹螯虾

这听起来像是一部怪兽电影的情节:一只无性生殖的突变生物逃离德国,然后悄然引起了一场全球入侵。两年时间内,这只动物的克隆群体就遍布欧洲和非洲,对生态系统造成了破坏,同时对当地物种造成了严重威胁。

这就是发生在美洲龙纹螯虾身上的故事,美洲龙纹螯虾(Procambarus virginalis)是一种淡水类入侵生物,在上世纪90年代首次被发现。科学界普遍认为,这种生物起源于德国水族馆的几只北美的龙纹螯虾(Procambarus fallax)。在那里,龙纹螯虾获得了第三组完整的染色体,美洲龙纹螯虾便由此诞生。而大多数有性繁殖动物只有两组染色体,一组来自父本,一组来自母本。从那时起,美洲龙纹螯虾从圈养环境散布到全世界的淡水生态系统。

这种小龙虾异乎寻常的进化可能还可以帮助我们研究另一种更加声名狼藉的“克隆怪物”:癌症。布鲁塞尔自由大学进化基因组学家 Jean-François Flot表示:“多数情况下,美洲龙纹螯虾的入侵扩张与癌细胞的增殖扩散很相。”

美洲龙纹螯虾是甲壳纲动物中唯一一类无性繁殖的,所有的雌虾进行孤雌生殖。自1995年,美洲龙纹螯虾便扩散到整个欧洲,并且大批入侵非洲。德国癌症研究中心分子遗传学家Frank Lyko说道:“它们什么都吃,腐烂的树叶、蜗牛或者鱼卵、小鱼和小昆虫。” 柏林洪堡大学进化生物学家Gerhard Scholtz也补充道:“这种小龙虾是非常严重的害虫。”Gerhard Scholtz追踪记录了美洲龙纹螯虾在全球的快速扩散,包括马达加斯加岛内,目前美洲龙纹螯虾已经严重威胁了七种当地小龙虾的存活。欧盟也禁止了该物种的售卖交易:严禁出售、持有、扩散或者放生美洲龙纹螯虾。

Lyko及其研究团队从全球各地收集了12只美洲龙纹螯虾进行基因组测序,并对来自马达加斯加的二十多只美洲龙纹螯虾进行了遗传分析。这种甲壳纲动物基因组大小约3.5Gb,大于人类基因组,但是含有的基因个数只有2.1万。该研究首次破译了十足目甲壳动物(该类群包括蟹、龙虾、虾等)的基因组序列,相关研究成果于2月5日发表于Nature Ecology & Evolution杂志上。

研究表明,美洲龙纹螯虾拥有三套染色体,而不是常见的两套染色体,共92条染色体,而且每一套染色体都对美洲龙纹螯虾很重要。其中两套染色体是完全一样的,但是第三套染色体与另两套完全不同,Lyko研究小组认为该物种是来源于全球不同地区的两只龙纹敖虾交配产生的后代,其中一个个体应该含有异常的卵细胞或精细胞,其中包含两套染色体。将两个地区的龙纹敖虾汇集在一起增强了新物种的遗传变异,Lyko 表示:“这种结合在自然条件下完全不会发生。”

但比该物种的起源,更重要的问题是,即使面临不同的温度、盐度和酸度,该物种的克隆体仍然能在各个淡水环境中茁壮成长。通常情况下,克隆个体由于缺乏对于新环境的适应性遗传变异,应该是不利于存活的。研究人员表示,美洲龙纹螯虾的第三套染色体可能就是问题的关键,其中包含了足够的变异来适应各种不同环境。

癌细胞

五年前,研究人员便对美洲龙纹螯虾产生了浓厚的兴趣,他们认为这种最新进化出的无性繁殖特点类似于正常细胞癌变以及产生克隆群的过程。他们希望通过龙纹螯虾基因组的研究来揭示癌症潜在的表观遗传学机理。

本次的研究支持了美洲龙纹螯虾为单一克隆的观点。研究人员表示,物种多样性对生物入侵十分关键,但美洲龙纹螯虾的入侵似乎与遗传变异无关,而遗传变异通常被认为是生态适应的主要决定因素。这表明,诸如表观遗传变异和表观遗传可塑性等替代机制或许在美洲龙纹螯虾的快速适应中发挥着重要作用。这为研究人员抗击癌症带来了灵感。或许,未来研究人员可以从中找到抗击癌症的办法。

参考资料:

1. Clonal genome evolution and rapid invasive spread of the marbled crayfish

2. An aquarium accident may have given this crayfish the DNA to take over the world

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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