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2022年9月22日，南昌大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院洪一江教授團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表題為“The?genetic?architecture?of?phenotypic?diversity?in?the?Betta?fish?(Betta?splendens)”的重要研究論文。該項(xiàng)工作歷時(shí)5年，主要圍繞風(fēng)靡全球的一種小型觀(guān)賞魚(yú)——暹羅斗魚(yú)，通過(guò)開(kāi)展群體遺傳學(xué)與全基因組關(guān)聯(lián)分析，闡明了暹羅斗魚(yú)復(fù)雜的馴化歷史和表型多樣性的遺傳基礎(chǔ)。

下班路上的好奇促成了這個(gè)課題

“這個(gè)課題首先是基于個(gè)人興趣，然后基于科學(xué)問(wèn)題導(dǎo)向?！蹦喜髮W(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授洪一江介紹說(shuō)，該項(xiàng)目最早源自團(tuán)隊(duì)青年教師張萬(wàn)昌2017年在新加坡國(guó)立大學(xué)開(kāi)展魚(yú)類(lèi)遺傳育種博士后研究期間。

在張萬(wàn)昌每天前往所在實(shí)驗(yàn)室的路上，遍布了許多小型水族商店。每天下班或者一到周末，他就在水族店里駐足欣賞這些來(lái)自世界各地的特色觀(guān)賞魚(yú)，但隨之在他的腦海中就產(chǎn)生了一系列科學(xué)問(wèn)題，為什么現(xiàn)在有這么多品種的暹羅斗魚(yú)，它們是不是都是野生暹羅斗魚(yú)馴化后的品種？控制這些特色表型的基因是什么，形成的分子機(jī)理是怎么樣的？但是張萬(wàn)昌未能在新加坡實(shí)現(xiàn)這些想法。2018年回國(guó)后，他加入了南昌大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院洪一江教授課題組，當(dāng)他第一次和洪一江匯報(bào)暹羅斗魚(yú)的想法后，洪一江就決定在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展這項(xiàng)工作。

洪一江解釋道：觀(guān)賞魚(yú)產(chǎn)業(yè)是我國(guó)休閑漁業(yè)的重要組成部分，從2003年產(chǎn)值不足5億元，已上升至2019年的85.19億元。我國(guó)觀(guān)賞魚(yú)產(chǎn)業(yè)作為新興行業(yè)，具有巨大的發(fā)展空間，市場(chǎng)前景廣闊。暹羅斗魚(yú)原產(chǎn)于東南亞，以其五彩斑斕的體色、變化多端的體型以及兇悍好斗的性格而聞名，作為一種小型觀(guān)賞魚(yú)，形成了如此眾多的表型性狀，究竟是什么類(lèi)型的分子突變，作用在哪一個(gè)（些）基因上從而導(dǎo)致暹羅斗魚(yú)這些表型的形成，其分子調(diào)控機(jī)制是什么，這些問(wèn)題都有待進(jìn)一步闡明。

斗魚(yú)在漫長(zhǎng)馴化歷史中形成多樣表型

要研究決定暹羅斗魚(yú)表型的基因，首先必須要有高質(zhì)量的參考基因組。研究團(tuán)隊(duì)是如何對(duì)斗魚(yú)的基因進(jìn)行重測(cè)序的？

據(jù)悉，洪一江及其團(tuán)隊(duì)采用了多種測(cè)序策略與輔助組裝工作流程來(lái)構(gòu)建暹羅斗魚(yú)高質(zhì)量染色體水平基因組，最終組裝的基因組大小為451.29?Mb。這些都是用在人類(lèi)構(gòu)建最新高質(zhì)量參考基因組上的前沿生物技術(shù)。在獲得暹羅斗魚(yú)高質(zhì)量的參考基因組之后，張萬(wàn)昌與泰國(guó)研究人員合作，收集了700多條代表不同表型的個(gè)體，提取每一條魚(yú)的DNA，并利用Illumina平臺(tái)開(kāi)展重測(cè)序工作，獲得了每個(gè)個(gè)體的大量測(cè)序結(jié)果，這些測(cè)序結(jié)果都被定位到暹羅斗魚(yú)的參考基因組上，最終獲得了700多個(gè)個(gè)體總共約2000萬(wàn)個(gè)變異位點(diǎn)。

洪一江告訴科技日?qǐng)?bào)記者，暹羅斗魚(yú)最早被馴化要追溯到1000年前左右，那一時(shí)期對(duì)應(yīng)的是我國(guó)的宋朝時(shí)期。我國(guó)觀(guān)賞魚(yú)的國(guó)粹—金魚(yú)，也是在幾乎同一時(shí)期開(kāi)始被馴化的，當(dāng)時(shí)民間也還盛行玩鳥(niǎo)獸、斗蟋蟀等傳統(tǒng)。“暹羅斗魚(yú)最早是被馴化用于類(lèi)似斗雞的賭博比賽當(dāng)中，形成了—搏擊斗魚(yú)。但在馴化過(guò)程中，由于變異的作用，先后形成了在鰭條表型相異的馬尾斗魚(yú)、半月斗魚(yú)、獅王斗魚(yú)，在體型大小上的變異體—巨斗，在體色上面的變異體，例如純色將軍斗魚(yú)和馬賽克色將軍斗魚(yú)?！焙橐唤f(shuō)，由于這些有特色的變異體在水族商店十分有市場(chǎng)，價(jià)格比普通斗魚(yú)也要高，所以一直被當(dāng)?shù)氐挠N人員保留著。

為篩選相關(guān)靶點(diǎn)藥物提供了良好研究模型

“暹羅斗魚(yú)的研究材料為進(jìn)一步挖掘相關(guān)功能基因提供了天然的研究模型，是極具科研價(jià)值的遺傳學(xué)、基因組學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)研究材料?！焙橐唤榻B說(shuō)，斑馬魚(yú)是當(dāng)前最為流行的模式生物之一。為了研究脊椎動(dòng)物的形態(tài)和行為學(xué)發(fā)生機(jī)制，研究人員通常是利用不同方法使斑馬魚(yú)產(chǎn)生變異，比如鰭條變長(zhǎng)、體型變化、體色變化等，然后再來(lái)研究導(dǎo)致該變異的功能基因及其機(jī)制。但是，暹羅斗魚(yú)經(jīng)過(guò)多年的馴化，已經(jīng)形成了眾多的表型變異，這為研究脊椎動(dòng)物形態(tài)學(xué)發(fā)生提供了天然的基礎(chǔ)材料。

暹羅斗魚(yú)基因組大小為斑馬魚(yú)的1/4、小鼠的1/7，這極大縮減了遺傳學(xué)研究和分子克隆的成本，也沒(méi)有斑馬魚(yú)基因組復(fù)雜的重復(fù)序列特征。此外，暹羅斗魚(yú)最顯著的特征就是打斗，但打斗是涉及遺傳學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)、組織生理學(xué)等學(xué)科的復(fù)雜性狀，而暹羅斗魚(yú)正是提供了這一研究模型。

“從我們的初步研究結(jié)果來(lái)看，專(zhuān)門(mén)用于打斗的搏擊斗魚(yú)中，某些涉及神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控的基因受到強(qiáng)烈選擇，部分受選擇基因在小鼠和人類(lèi)研究中和精神疾病如精神分裂癥、雙向性格障礙、易怒等疾病相關(guān)?！焙橐唤f(shuō)，這也為將來(lái)研究這些疾病篩選相關(guān)靶點(diǎn)藥物提供了很好的研究模型。

原文鏈接：南昌大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)解析了暹羅斗魚(yú)復(fù)雜的馴化歷史-中國(guó)科技網(wǎng) (stdaily.com)

編    輯：付雨軒

責(zé)任編輯：曾  慧