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動物所等從基因組水平揭示食肉目染色體進化規律

2019-12-11

    染色體進化是物種形成和演化的重要驅動因素。具有顯著核型差異的食肉目動物為染色體進化研究提供了很好的研究素材。雖然前人通過比較染色體涂色法建立了食肉目內許多物種的染色體比較圖譜,但這些研究的分辨率比較低,尚沒有深入到精細的核苷酸水平,也不能在核苷酸水平研究不同食肉目物種間的共線性區塊、染色體重排以及染色體斷裂區分布等染色體進化規律。

  為探討上述問題,中國科學院動物研究所動物生態與保護遺傳學研究組和英國桑格研究所研究人員合作,利用10X Genomics、染色體流式分選及高通量測序等技術,首次構建了染色體級別的大熊貓基因組(2n=42條染色體),并與食肉目中兩個質量較好的狗和貓的染色體級別基因組進行比較分析。其中狗具有食肉目中最多數目的染色體(2n=78),貓染色體數目(2n=38)接近食肉目祖先染色體數目。通過基因組共線性比對,在大熊貓、狗和貓的基因組中分別發現59、37和55個染色體斷裂區。對這些染色體斷裂區的進一步分析發現,大熊貓和狗染色體斷裂區內的基因密度、GC含量以及重復序列比例顯著高于整個基因組的相應值。

  功能富集分析發現,三個物種染色體斷裂區上的部分蛋白編碼基因都顯著富集在與嗅覺相關的通路上(Olfactory transduction),推測染色體重排事件影響了食肉目物種的嗅覺進化。另外,大熊貓染色體斷裂區上正常編碼的甜味受體基因TAS1R2的同源基因在貓的基因組中發生了假基因化,提示貓的TAS1R2假基因化可能與染色體重排事件有關。上述結果說明食肉目物種染色體進化與其感覺系統的進化可能存在密切的關系。

  研究結果已于12月6日在Genome Biology 雜志以Chromosome-level genome assembly for giant panda provides novel insights into Carnivora chromosome evolution 為題發表。動物所博士后樊惠中和研究員吳琦為并列第一作者,研究員胡義波為通訊作者。中科院院士魏輔文為該工作的順利完成提供了大量的指導和幫助。該項目得到國家自然科學基金和中科院B類先導專項等的支持。
  
圖1 大熊貓(AME)和貓(FCA)染色體級別基因組的共線性比對
圖2 一個與甜味受體基因TAS1R2 相關的染色體斷裂區

來源: 動物研究所

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