姥鲨基因组解析

2017-03-18    编辑:诺禾致源

鲨鱼基因组特征

通过测序得知,姥鲨的基因组大小只有1Gb左右,大小相当于人的三分之一左右(人的基因组大小约为3Gb);对姥鲨的基因组进行组装,组装结果显示ContigN50达到46.6Kb;ScaffoldN50为4.5Mb;GC含量为42.3%;具体组装指标如下表所示:

对其基因组进行注释发现,姥鲨基因组大约含有18,872个编码蛋白的基因,同时含有较多的MiRNA基因座(693个基因,136个基因家族),比硬骨鱼斑马鱼要多(344个基因,94个基因家族),但是要少于人(1527个基因,558个基因家族);姥鲨中存在的新的miRNAs在一些特有组织表达量较高。同时在姥鲨中存在一些较保守的基因在哺乳动物中仍在存在,但是这些保守的基因在硬骨鱼中却不存在。


姥鲨的进化地位

姥鲨是软骨鱼类,传统的生物学分类方法是根据动物的形态和生理等进行分类,对于软骨鱼纲和硬骨鱼纲进行分类时存在一定的争议,在本研究中,基于全基因组的699个直系同源基因进行系统进化树构建,通过进化树分析发现软骨鱼类的分类地位与传统的分类方法一致。


姥鲨 “体型无变化” 机制探究

通过对线粒体和外显子的核酸替换率评估姥鲨的进化速率,发现姥鲨进化速度低于现有的哺乳动物,本研究中采用699个直系同源基因进行重新评估分子进化率,以海鳗为外群,发现姥鲨的分子进化速率要远低于其他脊椎类动物;相比之下,硬骨鱼中的棘鱼和斑马鱼的进化速度最快(603个基因获得,103个基因丢失);除此之外,姥鲨的基因组中还表现出内含子突变率低以及染色体重组率低等特点。
对姥鲨基因组进行共线性分析,与鸡的基因组以及人的基因组进行比较发现,姥鲨中将近93%的Scaffold都能和鸡的染色体形成1对1的共线性。通过对硬骨鱼、姥鲨以及鸡等进行两两比较发现,硬骨鱼在进化过程中存在较多的染色体易位、断裂以及融合等现象。由于基因组进化速率较慢,基因决定表型,这也从侧面解释姥鲨在几亿年间体型无较大变化的原因。


姥鲨 “无骨机制”探究

姥鲨属于软骨鱼纲类,软骨鱼与硬骨鱼最根本的区别在于,软骨鱼的骨头并没有被钙化。在本研究中,完成对姥鲨基因组组装后,我们对所有参与骨骼形成的基因进行了研究。与硬骨鱼相比,姥鲨基因组中缺少分泌型钙结合蛋白(SCPP)基因家族,这个基因家族编码多种磷酸蛋白,其中多种磷酸蛋白参与骨的骨化作用;同时SCPP基因家族对于骨发育形成具有重要的作用。而在鲨老基因组由于缺失SSCP基因家族可能是导致不能形成真骨的原因。为了验证这一假说,本研究在斑马鱼上进行相应的Knockout实验,进一步验证这一假说。


姥鲨特殊免疫机制

对姥鲨的免疫系统进行分析,分析发现在姥鲨体内并没有发现辅助性T细胞,这类免疫细胞通常被认为是脊椎动物防御病毒和细菌感染等发挥着重要的作用,在人类中当体内的辅助性T细胞被HIV病毒破坏时,艾滋病患者最终会死于病毒或者细菌的感染。但在姥鲨这种长寿且免疫系统强大的动物内没有发现,说明姥鲨在抵御各种病毒细菌的感染时可能有另一套免疫杀菌的机制,至于具体机制尚不清楚。这项研究刷新了人们对脊椎动物免疫系统的认识,脊椎动物中除了辅助性T细胞还应该存在其他免疫杀菌机制。