论文题目：Whole-genome sequence of a flatfish provides insights into ZW sex chromosome evolution and adaptation to a benthic lifestyle

发表刊物：Nature Genetics (IF 29.7)

发表时间：2014

期刊卷码：46(3): 253-60

主要完成单位：中国水产科学研究院黄海水产研究所，深圳华大基因研究院、德国维尔茨堡大学、法国农业科学研究院、新加坡国立大学

第一作者：陈松林、张国捷、邵长伟、黄铨飞、刘耿、张霈

通讯作者：王俊、陈松林、Manfred Schartl、唐启升

内容摘要：

研究成功破译了世界上首个比目鱼基因组——半滑舌鳎全基因组序列图谱，这也是国内完成的第一个鱼类全基因组精细图谱，为揭示半滑舌鳎性染色体起源、性别决定机制和比目鱼底栖适应机制提供了宝贵的基因资源，同时助力半滑舌鳎性别控制和遗传改良，为分子育种技术建立和良种培育奠定了重要基础。

在该项研究中，科研人员对半滑舌鳎雌雄鱼分别进行高深度全基因组从头（de novo）测序、组装和分析。通过性染色体在雌雄鱼基因组测序覆盖深度的不同，并结合高密度遗传连锁图谱（SSR和SNP），构建了Z染色体精细图谱和对应的W染色体序列图谱。研究发现由于半滑舌鳎性染色体高度分化，W染色体积聚了大量的转座元件（29.94%），Z染色体转座元件为13.13%，而常染色体仅为4.33%。同时，W染色体含有假基因的比例也为最高（19.74%），Z染色体次之（3.54%），常染色体最低（2.48%）。而基于ZW同源基因推测的半滑舌鳎性染色体形成时间仅为30 Mya,表明了半滑舌鳎性染色体的快速进化。以人类和鸡基因为外群，对半滑舌鳎、河豚、青鳉和斑马鱼基因进行全局比对，推演出脊椎动物祖先染色体，发现半滑舌鳎的性染色体并不和已知性染色体的鱼类共祖先，而是和鸡的ZW染色体共起源。尤其值得一提的是半滑舌鳎和鸡性染色体的趋同进化现象。半滑舌鳎和鸡性染色体均高度富含重复序列；半滑舌鳎Z染色体同鸡Z染色体一样，均表现出雌性上调的不完全剂量补偿机制；此外，利用半滑舌鳎性逆转个体的遗传特性，推断Z染色体在半滑舌鳎性别决定中起主导作用，发现半滑舌鳎dmrt1基因是Z染色体连锁、雄性特异表达、精巢发育必不可少的关键基因，表现出性别决定基因的特性。

半滑舌鳎雄性个体小、生长慢、且比例高，影响了商品鱼质量，降低了养殖产量，严重影响了渔民养殖的积极性，限制了苗种推广及养殖产业的发展，因此查明半滑舌鳎养殖苗种雄鱼比例高的原因和机制，研制全雌或高雌性苗种就成为半滑舌鳎养殖产业中急需攻克的重大课题。该项研究通过半滑舌鳎雌、雄鱼全基因组测序及比对分析筛选到性别特异微卫星标记，建立了半滑舌鳎ZZ雄鱼、ZW雌鱼以及WW超雌鉴定的微卫星标记技术，鉴定准确率达100%，攻克了难以鉴定ZW雌鱼和WW超雌鱼的技术难关；采用这些性别特异微卫星标记，发现普通养殖群体中的生理雌鱼比例仅为10-30%；构建了大量半滑舌鳎家系及其后代家系，通过不同家系遗传性比和生理性比的比较发现伪雄鱼后代中90%以上的ZW个体性转变为伪雄鱼，通过全基因组甲基化测序分析发现半滑舌鳎伪雄鱼后代中的伪雄鱼保留了父本伪雄鱼的甲基化模式，揭示了伪雄鱼Z染色体上的性别调控基因的甲基化可以遗传给后代；从而揭示了半滑舌鳎普通苗种中生理雄鱼比例高达70-90%、生理雌鱼比例低至10-30%的原因就是伪雄鱼后代更容易变成伪雄鱼；发现了伪雄鱼W精子难以成活是导致ZW雌鱼和ZW伪雄鱼交配后代中没有WW超雌鱼的奥秘。从而为半滑舌鳎性别控制和高雌性苗种研制提供了理论依据和技术手段。

从浮游生活到底栖生活是比目鱼早期变态发育的一个重要特征，它涉及到一系列的生物和表型特性，包括眼睛偏转、内脏器官移位、身体颜色变化、光感受能力以及其他方面的变化。在本项研究中，科研人员从基因组和转录组水平出发，发现半滑舌鳎变态发育前后差异基因富集于底栖适应性相关性状，筛选到可能与变态发育相关的15个正选择基因；此外，研究发现，暗视觉相关视椎蛋白（rh1）和长波敏感视杆蛋白（lws1）在底栖状态表达上调，而中短波敏感视杆蛋白（rh2）在浮游状态表达上调，表现出对底栖生活的适应性。通过比较不同鱼类视觉相关基因，发现半滑舌鳎晶状体结构基因（crybb2 和crybb3）特异性丢失，另外3个晶状体结构基因演变为假基因，表现出明显的视觉退化现象。揭示了半滑舌鳎底栖生活阶段视觉退化后可能通过强大的侧线器官以及特异的感觉器官-乳头状突起进行弥补的分子机制。