魚類基因組研究十年回顧與展望

1、魚類基因組研究十年回顧與展望陳松林123，徐文騰1，劉洋1（1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所農(nóng)業(yè)部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266071；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過(guò)程功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島266237；3.山東省海洋漁業(yè)生物技術(shù)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266071）摘要：摘要：本文回顧了我國(guó)魚類基因組研究從無(wú)到有、從小到大的十年發(fā)展歷程。分別介紹了我國(guó)在魚類BAC文庫(kù)構(gòu)建、高密度遺傳

2、連鎖圖譜構(gòu)建、全基因組測(cè)序和精細(xì)圖譜繪制、基因組選擇育種和基因組編輯等方面取得的重要進(jìn)展和成果。結(jié)合國(guó)際上魚類基因組研究進(jìn)展，通過(guò)分析、比較指出，從2008年到2013年，我國(guó)魚類基因組研究在國(guó)際上處于全面跟跑狀態(tài)，從20142018年，我國(guó)水產(chǎn)科學(xué)家奮起直追，加快魚類基因組研究步伐，在短短5年時(shí)間內(nèi)，在國(guó)際頂級(jí)刊物NatureGeics、Nature上相繼發(fā)表了半滑舌鰨、鯉魚、草魚、牙鲆和海馬等重要養(yǎng)殖魚類的基因組精細(xì)圖譜，使我國(guó)魚類

3、基因組研究在國(guó)際上從全面跟跑進(jìn)入跟跑、并跑、領(lǐng)跑并存狀態(tài)，特別是在個(gè)別方向和少數(shù)種類上實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)跑。同時(shí)，指出了我國(guó)現(xiàn)階段魚類基因組研究與應(yīng)用方面存在的不足和問(wèn)題，并展望了我國(guó)魚類基因組研究今后的發(fā)展方向和前景。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：魚類；基因組研究；十年；回顧；展望基因組是指一個(gè)生物體所含有的遺傳物質(zhì)，用于描述生物的全部基因和染色體組成的概念。魚類基因組學(xué)是指對(duì)某種魚類所含有的基因進(jìn)行基因組作圖(包括遺傳連鎖圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄組圖譜)、核苷

4、酸序列分析、基因定位和基因功能分析的一門科學(xué)[1]。魚類基因組學(xué)包括以魚類全基因組測(cè)序?yàn)槟繕?biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structuralgenomics)和以基因功能分析為目標(biāo)的功能基因組學(xué)(functionalgenomics)[1]?！痦?xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31530078，31730099），青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室鰲山卓越人才培養(yǎng)項(xiàng)目（No.2017ASTCPOS15）；山東省泰山學(xué)者攀登計(jì)劃

5、專項(xiàng)資助。基因組精細(xì)圖譜繪制和鱗片形成的分子機(jī)制的結(jié)果[11]。國(guó)內(nèi)的魚類全基因組測(cè)序和精細(xì)圖譜繪制起步于2009年，比國(guó)外晚了10多年，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，當(dāng)時(shí)我國(guó)的魚類基因組研究處于全面跟跑狀態(tài)。盡管起步晚、基礎(chǔ)差，但國(guó)內(nèi)學(xué)者協(xié)作攻關(guān)、奮起直追，短短幾年內(nèi)就在重要養(yǎng)殖魚類全基因組測(cè)序和精細(xì)圖譜繪制上取得重大突破，先后完成了半滑舌鰨等多種養(yǎng)殖魚類全基因組精細(xì)圖譜繪制。其中，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所主導(dǎo)于2014年2月在Natu

6、reGeics發(fā)表了我國(guó)第一種魚類—半滑舌鰨全基因組測(cè)序和精細(xì)圖譜繪制的結(jié)果[12]；黑龍江水產(chǎn)研究所主導(dǎo)于2014年9月在NatureGeics發(fā)表了鯉魚全基因組測(cè)序和群體基因組學(xué)研究結(jié)果[13]。這些突破性論文大大激發(fā)了我國(guó)魚類科學(xué)家開展魚類全基因組解析的積極性和創(chuàng)造性，推動(dòng)了我國(guó)魚類基因組研究的進(jìn)程，使我國(guó)在短短5年間完成并發(fā)表了22種魚類全基因組解析的論文，將我國(guó)魚類基因組研究提升至國(guó)際先進(jìn)水平，在某些方向達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。下面

7、就對(duì)我國(guó)近10年來(lái)在魚類BAC文庫(kù)構(gòu)建、高密度遺傳連鎖圖譜構(gòu)建、全基因組測(cè)序和精細(xì)圖譜繪制、基因組選擇及基因組編輯等方面取得的重要進(jìn)展和成果分別進(jìn)行綜合介紹，并與國(guó)外的研究進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比分析。1.魚類BAC文庫(kù)構(gòu)建研究進(jìn)展BAC（bacterialartificialchromosome）文庫(kù)是指以細(xì)菌人工染色體為載體構(gòu)建的大片段重組DNA克隆文庫(kù)，可包含某個(gè)物種的全部基因，是進(jìn)行全基因組測(cè)序和組裝、物理圖譜構(gòu)建的基礎(chǔ)。我國(guó)在鯉魚、草魚、

8、半滑舌鰨、大黃魚和鱖魚等5種魚類構(gòu)建了BAC文庫(kù)（表1）。鯉魚BAC文庫(kù)是通過(guò)HindIII酶消化基因組，獲得片段后連接BAC載體，構(gòu)建的文庫(kù)平均插入片段長(zhǎng)度141K，并與近緣的斑馬魚基因組進(jìn)行了比較[14]；草魚則是通過(guò)EcI和HindIII分別消化基因組，構(gòu)建了兩個(gè)BAC文庫(kù)，其中EcI文庫(kù)平均插入片段長(zhǎng)度為139.7K，覆蓋7.4倍基因組，HindIII文庫(kù)平均插入片段長(zhǎng)度為121.5K，覆蓋6.3倍基因組[15]；在半滑舌鰨通過(guò)

9、BamHI和HindIII構(gòu)建了兩個(gè)文庫(kù)，其中BamHI平均插入片段長(zhǎng)度為160K，HindIII文庫(kù)平均插入片段長(zhǎng)度為155K，共覆蓋基因組13.36倍，為性別決定基因篩選等研究奠定了基礎(chǔ)[16]；大黃魚BAC文庫(kù)平均插入片段長(zhǎng)度為120K，文庫(kù)大小為324.73G，覆蓋基因組469.94倍，在大黃魚全基因組組裝過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[17]；鱖魚中運(yùn)用HindIII消化基因組構(gòu)建了BAC文庫(kù)，片段平均插入長(zhǎng)度124.6K，覆蓋全基因組