在國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)、國(guó)家863項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)等項(xiàng)目的支持下，黃海水產(chǎn)研究所陳松林研究員等聯(lián)合深圳華大基因研究院、德國(guó)維爾茨堡大學(xué)、法國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院和新加坡國(guó)立大學(xué)等單位組建的國(guó)際合作研究團(tuán)隊(duì)成功破譯了迄今為止首個(gè)比目魚基因組——半滑舌鰨全基因組序列圖譜，這也是國(guó)內(nèi)完成的第一個(gè)魚類全基因組精細(xì)圖譜，為揭示半滑舌鰨性染色體起源、性別決定機(jī)制和比目魚底棲適應(yīng)機(jī)制提供了寶貴的基因資源，同時(shí)助力半滑舌鰨性別控制和遺傳改良，為分子育種技術(shù)建立和良種培育奠定了重要基礎(chǔ)。研究成果以Article形式于2014年2月2日在《自然?遺傳》（Nature Genetics）雜志在線發(fā)表（DOI 10.1038/ng.2890）。

半滑舌鰨（Cynoglossus semiliaevis）是中國(guó)特有的名貴經(jīng)濟(jì)海水魚類，屬于近海溫水性底層魚類。半滑舌鰨的性別決定類型為ZW/ZZ 型，雌性具有巨大的異形性染色體（W染色體）。與之相對(duì)應(yīng)的是半滑舌鰨雌性個(gè)體比雄性個(gè)體大2-4倍，是目前發(fā)現(xiàn)的雌雄生長(zhǎng)差異最大的魚類之一。脊椎動(dòng)物性染色體的起源和進(jìn)化一直是生物學(xué)界的研究熱點(diǎn)，半滑舌鰨性染色體分化程度如此之大，雌雄表型差異如此顯著，成為研究脊椎動(dòng)物性染色體進(jìn)化和表型分化的理想模型。

在該項(xiàng)研究中，科研人員對(duì)半滑舌鰨雌雄魚分別進(jìn)行高深度全基因組從頭（de novo）測(cè)序、組裝和分析。通過(guò)性染色體在雌雄魚基因組測(cè)序覆蓋深度的不同，并結(jié)合高密度遺傳連鎖圖譜（SSR和SNP），構(gòu)建了Z染色體精細(xì)圖譜和對(duì)應(yīng)的W染色體序列圖譜。研究發(fā)現(xiàn)由于半滑舌鰨性染色體高度分化，W染色體積聚了大量的轉(zhuǎn)座元件（29.94%），Z染色體轉(zhuǎn)座元件為13.13%，而常染色體僅為4.33%。同時(shí)，W染色體含有假基因的比例也為最高（19.74%），Z染色體次之（3.54%），常染色體最低（2.48%）。而基于ZW同源基因推測(cè)的半滑舌鰨性染色體形成時(shí)間僅為30 Mya,表明了半滑舌鰨性染色體的快速進(jìn)化。以人類和雞基因?yàn)橥馊?，?duì)半滑舌鰨、河豚、青鳉和斑馬魚基因進(jìn)行全局比對(duì)，推演出脊椎動(dòng)物祖先染色體，發(fā)現(xiàn)半滑舌鰨的性染色體并不和已知性染色體的魚類共祖先，而是和雞的ZW染色體共起源。尤其值得一提的是半滑舌鰨和雞性染色體的趨同進(jìn)化現(xiàn)象。半滑舌鰨和雞性染色體均高度富含重復(fù)序列；半滑舌鰨Z染色體同雞Z染色體一樣，均表現(xiàn)出雌性上調(diào)的不完全劑量補(bǔ)償機(jī)制；此外，利用半滑舌鰨性逆轉(zhuǎn)個(gè)體的遺傳特性，推斷Z染色體在半滑舌鰨性別決定中起主導(dǎo)作用，發(fā)現(xiàn)半滑舌鰨dmrt1基因是Z染色體連鎖、雄性特異表達(dá)、精巢發(fā)育必不可少的關(guān)鍵基因，表現(xiàn)出性別決定基因的特性。

半滑舌鰨雄性個(gè)體小、生長(zhǎng)慢、且比例高，影響了商品魚質(zhì)量，降低了養(yǎng)殖產(chǎn)量，嚴(yán)重影響了漁民養(yǎng)殖的積極性，限制了苗種推廣及養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此查明半滑舌鰨養(yǎng)殖苗種雄魚比例高的原因和機(jī)制，研制全雌或高雌性苗種就成為半滑舌鰨養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中急需攻克的重大課題。該項(xiàng)研究通過(guò)半滑舌鰨雌、雄魚全基因組測(cè)序及比對(duì)分析篩選到性別特異微衛(wèi)星標(biāo)記，建立了半滑舌鰨ZZ雄魚、ZW雌魚以及WW超雌鑒定的微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)，鑒定準(zhǔn)確率達(dá)100%，攻克了難以鑒定ZW雌魚和WW超雌魚的技術(shù)難關(guān)；采用這些性別特異微衛(wèi)星標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)普通養(yǎng)殖群體中的生理雌魚比例僅為10-30%；構(gòu)建了大量半滑舌鰨家系及其后代家系，通過(guò)不同家系遺傳性比和生理性比的比較發(fā)現(xiàn)偽雄魚后代中90%以上的ZW個(gè)體性轉(zhuǎn)變?yōu)閭涡埕~，通過(guò)全基因組甲基化測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)半滑舌鰨偽雄魚后代中的偽雄魚保留了父本偽雄魚的甲基化模式，揭示了偽雄魚Z染色體上的性別調(diào)控基因的甲基化可以遺傳給后代；從而揭示了半滑舌鰨普通苗種中生理雄魚比例高達(dá)70-90%、生理雌魚比例低至10-30%的原因就是偽雄魚后代更容易變成偽雄魚；發(fā)現(xiàn)了偽雄魚W精子難以成活是導(dǎo)致ZW雌魚和ZW偽雄魚交配后代中沒(méi)有WW超雌魚的奧秘。從而為半滑舌鰨性別控制和高雌性苗種研制提供了理論依據(jù)和技術(shù)手段。

從浮游生活到底棲生活是比目魚早期變態(tài)發(fā)育的一個(gè)重要特征，它涉及到一系列的生物和表型特性，包括眼睛偏轉(zhuǎn)、內(nèi)臟器官移位、身體顏色變化、光感受能力以及其他方面的變化。在本項(xiàng)研究中，科研人員從基因組和轉(zhuǎn)錄組水平出發(fā)，發(fā)現(xiàn)半滑舌鰨變態(tài)發(fā)育前后差異基因富集于底棲適應(yīng)性相關(guān)性狀，篩選到可能與變態(tài)發(fā)育相關(guān)的15個(gè)正選擇基因；此外，研究發(fā)現(xiàn)，暗視覺(jué)相關(guān)視椎蛋白（rh1）和長(zhǎng)波敏感視桿蛋白（lws1）在底棲狀態(tài)表達(dá)上調(diào)，而中短波敏感視桿蛋白（rh2）在浮游狀態(tài)表達(dá)上調(diào)，表現(xiàn)出對(duì)底棲生活的適應(yīng)性。通過(guò)比較不同魚類視覺(jué)相關(guān)基因，發(fā)現(xiàn)半滑舌鰨晶狀體結(jié)構(gòu)基因（crybb2和crybb3）特異性丟失，另外3個(gè)晶狀體結(jié)構(gòu)基因演變?yōu)榧倩颍憩F(xiàn)出明顯的視覺(jué)退化現(xiàn)象。揭示了半滑舌鰨底棲生活階段視覺(jué)退化后可能通過(guò)強(qiáng)大的側(cè)線器官以及特異的感覺(jué)器官-乳頭狀突起進(jìn)行彌補(bǔ)的分子機(jī)制。

對(duì)于該項(xiàng)研究，陳松林研究員表示：半滑舌鰨基因組圖譜是世界上首個(gè)測(cè)序完成的比目魚基因組圖譜，標(biāo)志著鲆鰈魚類養(yǎng)殖研究進(jìn)入基因組時(shí)代；該圖譜不僅對(duì)于解析鲆鰈魚類性別決定、生長(zhǎng)、生殖發(fā)育、免疫抗病、變態(tài)、生態(tài)適應(yīng)等重要性狀的分子機(jī)制具有重要意義，而且為其他脊椎動(dòng)物性染色體進(jìn)化和性別決定機(jī)制的深入研究提供了寶貴的遺傳資源，同時(shí)也為半滑舌鰨性別控制、全基因組選擇育種技術(shù)的建立以及高產(chǎn)高雌和抗病良種培育奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。