Nature Communications (April 24) 在線發(fā)表了題為“Saccharina genomes provide novel insight into kelp biology”的研究論文，該論文系黃海水產(chǎn)研究所海藻研究團隊與中國科學(xué)院北京生命科學(xué)院、復(fù)旦大學(xué)和中國科學(xué)院大學(xué)等單位，在國家863計劃課題、國家科技支撐計劃課題及國家自然科學(xué)基金重大研究計劃等項目資助下合作完成。論文研究解析了大型褐藻—海帶的基因組，闡述了其進化和適應(yīng)的分子機制，揭示了我國養(yǎng)殖海帶群體生物多樣性不足的現(xiàn)狀，為大型褐藻種質(zhì)資源研究和利用提供了新的數(shù)據(jù)和啟示。

大型褐藻是溫帶海域近岸最主要的初級生產(chǎn)力，也是世界上最重要的海洋蔬菜和褐藻膠工業(yè)用海藻，具有重要的生態(tài)功能和經(jīng)濟價值。為深入解析褐藻的進化歷程和適應(yīng)機制，挖掘與利用褐藻重要功能基因，加快分子育種和生物多樣性保護的進程，黃海所發(fā)起并主持實施了大型褐藻基因組計劃。海帶基因組文章的發(fā)表表明該計劃已經(jīng)取得重要進展。

研究團隊獲得了海帶主要栽培品系的高質(zhì)量基因組組裝結(jié)果，組裝大小為537 Mb，覆蓋了全基因組序列的98.5%，共有18,733個蛋白編碼基因。比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)海帶基因組擴增主要源于基因家族的擴增，海帶與絲狀褐藻水云的祖先獲得1,240個基因家族，其中與細胞壁合成、鹵素代謝、發(fā)育與防御有關(guān)的基因家族出現(xiàn)明顯擴增。進一步的功能分析發(fā)現(xiàn)，褐藻膠合成關(guān)鍵酶甘露糖醛酸C-5差向異構(gòu)酶及鹵素代謝關(guān)鍵酶鹵素過氧化物酶通過基因大量復(fù)制實現(xiàn)其功能分化。

中國的海帶栽培面積和產(chǎn)量占世界總量的90%以上，直接和間接產(chǎn)值超過百億元。然而，近年來我國乃至世界海帶育種難以取得突破性的進展、單產(chǎn)很難大幅提升，主要原因是目前海帶品種的生物多樣性水平低，遺傳基礎(chǔ)狹窄，匱乏的種質(zhì)和基因資源成為制約海帶育種研究的關(guān)鍵。研究人員獲得了有代表性的7份養(yǎng)殖海帶和9份野生海帶的高覆蓋度基因組草圖，通過比較分析，在全基因組水平上全面解析了栽培和野生海帶種間遺傳變異，從養(yǎng)殖群體中平均識別了約0.94M SNVs和96K的小INDELs，從野生群體中平均識別了約2.27M SNVs和274K的小INDELs。這些遺傳變異位點為后續(xù)的馴化基因選擇及優(yōu)質(zhì)品種選育提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。盡管養(yǎng)殖海帶和野生海帶存在不同程度的基因交流，但中國養(yǎng)殖海帶主要來源于日本的同一個地理群體，養(yǎng)殖品系由于頻繁自交已經(jīng)呈現(xiàn)明顯的退化狀態(tài)。

該論文報道了首例大型褐藻泛基因組研究成果，為研究海帶的遺傳多樣性及進化歷程提供了范例，奠定了解析重要馴化性狀建成、發(fā)掘優(yōu)異基因/標(biāo)記的基礎(chǔ)；同時，為海帶種質(zhì)資源的保護、開發(fā)、利用和拓寬海帶育成品種遺傳基礎(chǔ)、推進海帶新品種培育進程提供了信息資源。

論文鏈接：

http://www.nature.com/ncomms/2015/150424/ncomms7986/full/ncomms7986.html

（生態(tài)室 供稿）