生科院鐘伯堅(jiān)研究組揭示南極嗜冷綠藻基因組水平適應(yīng)極端環(huán)境的分子機(jī)制
我校生命科學(xué)學(xué)院鐘伯堅(jiān)教授研究組聯(lián)合自然資源部第一海洋研究所等科研單位,對(duì)南極海冰生態(tài)系統(tǒng)特有的南極衣藻進(jìn)行了基因組適應(yīng)性進(jìn)化研究,為理解南極植物適應(yīng)極端環(huán)境的分子機(jī)制提供嶄新的思路。 該研究利用三代PacBio測(cè)序、二代Illumina測(cè)序、10× Genomics和高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)(Hi-C)獲得了南極衣藻高質(zhì)量的全基因組序列,其基因組總長(zhǎng)度為541.86Mb(Scaffold N50達(dá)到19.23Mb)。南極衣藻基因組是目前已知最大的綠藻基因組,其基因數(shù)目也是綠藻基因組中最多的,共編碼19870個(gè)基因。基因組結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)重復(fù)序列占其基因組序列的63.78%,重復(fù)序列含量為已發(fā)表綠藻基因組中最高。轉(zhuǎn)座元件(TE)是基因組重復(fù)序列的主要組成部分,占整個(gè)基因組序列的40.67%。分析表明南極衣藻的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子發(fā)生了明顯的擴(kuò)張,是造成其基因組增大的主要原因。 本研究估算了南極衣藻的分化時(shí)間大約為34個(gè)百萬(wàn)年,與德雷克海峽開放導(dǎo)致南極極端低溫形成的時(shí)期一致,推測(cè)南極衣藻的起源與南極極端低溫的形成有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)南極衣藻通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移的方式獲得了冰結(jié)合蛋白,該蛋白可以與小的冰晶結(jié)合,具有抑制冰結(jié)晶和生長(zhǎng)的功能。通過(guò)進(jìn)一步的功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)了南極衣藻中的冰結(jié)合蛋白具有提高生物抗凍能力的作用。因此,推測(cè)冰結(jié)合蛋白的獲得對(duì)南極衣藻避免冰凍損傷和適應(yīng)海冰中極端低溫的環(huán)境十分重要。
南京師范大學(xué)
2021-02-01