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青岛科学家打开扇贝"天书" 绘制扇贝基因图谱

2017-12-25 10:47 中国·青岛蓝色经济网

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扇贝属于双壳贝类,作为距今5亿年前就已出现的古老动物类群,虽历经多次生物大灭绝事件,至今仍昌盛并繁衍不息,其非凡的环境适应能力使之成为研究动物适应性进化的良好模型。包振民院士团队与北京诺禾致源公司、美国罗格斯大学等单位研究人员合作,完成了继虾夷扇贝之后我国第二种主养扇贝(栉孔扇贝)基因组精细图谱的绘制,在双壳贝类环境适应性的组学解析方面取得重要进展。 

扇贝生存有“奇招” 

近期,国际权威期刊Nature子刊NatureCommunications在线发表了海洋国家实验室海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室学术带头人、中国海洋大学包振民院士团队的最新论文《扇贝基因组揭示其对半附着生活方式和神经毒素耐受的分子适应机制》。扇贝和贻贝、珍珠贝一样,也是附着在浅海岩石或沙质海底生活的,一般右边的壳在下、左边的壳在上平铺于海底。平时不大活动,但当感到环境不适宜时,能够主动地把足丝脱落,做较小范围的游泳。尤其是幼小的扇贝,用贝壳迅速开合排水,游泳很快,这在双壳类中是比较特殊的。 

另外,扇贝以绚丽多彩的外壳为人们所熟知,其半附着生活方式,具有硕大闭壳肌以支撑其游泳能力、拥有众多发达的镜眼以寻觅合适的栖息地及躲避敌害,可分泌足丝营暂时性附着生活,以及积累并耐受高浓度藻源性神经毒素,探索这些适应性性状产生的分子基础有助于理解双壳贝类是如何通过进化以适应不同的生境。 

揭示扇贝足丝粘附的关键组分 

包振民院士团队领导完成了栉孔扇贝首张高质量全基因组图谱绘制。通过研究发现,控制能量供给的关键酶——精氨酸激酶在扇贝闭壳肌中的表达量高,对其实现爆发式游泳能力至关重要。扇贝通过高表达产能步骤的相关基因而低表达耗能步骤的相关基因,以实现更高的产能效率。与脊椎动物不同,扇贝肌肉呈现“分子杂合”状态,即脊椎动物横纹肌和平滑肌标志基因在扇贝相应类型肌肉中均呈共表达现象,且这种“分子杂合”现象很可能是动物肌肉的一种古老的存在形态。 

对扇贝眼睛的研究发现,其高表达的视蛋白r-opsin基因为通过反转座机制产生的无内含子基因,为其实现快速转录产生大量视蛋白提供进化优势,视蛋白基因家族通过扩张及增加关键功能位点的新突变以拓展对不同波长光谱感知的敏感性。扇贝具有功能特化的足,通过全面解析足丝分泌的时空调控模式,揭示了扩张的酪氨酸酶基因家族在扇贝足丝分泌和粘附过程中所起的重要调控作用。扇贝足丝粘附的关键组分与已知贻贝相关组分存在很大不同,为开发新型“湿粘附”材料奠定了基础。 

扇贝肾是转化毒素最主要的器官 

此外,研究发现扇贝对高浓度藻源毒素的耐受能力,主要通过改变Na离子通道关键位点及表达量来实现,使贝类能够提升数十倍乃至上万倍的毒素抗性。研究还意外发现扇贝的肾是积累和转化毒素最主要的器官,这也是一个突破性的发现,此前肾在贝类毒素研究中一直是被忽视的一个器官。研究发现扇贝肝胰腺和肾作为两个主要“毒素中心”,前者主要负责毒素吸收和转运,而后者主要负责毒素转化和代谢,其中磺基转移酶在毒素转化中起着重要作用。上述研究拓展和加深了当前学界对扇贝半附着生活方式和神经毒素耐受的组学调控基础的认识,为理解双壳贝类适应性性状的进化起源提供了新的认知。 

此研究得到了海洋国家实验室相关项目经费资助,包振民院士和海洋国家实验室海洋生物学与生物技术功能实验室科学家、中国海洋大学王师教授同为本文的通讯作者。这也是本年度该研究团队在扇贝基因组解析和动物进化领域获得的又一重要研究成果,凸显了海洋国家实验室在海洋生命过程与资源利用研究领域的国际前沿地位。(王伟) 

■相关链接 

青岛三种主要扇贝 

扇贝是我国沿海主要养殖贝类之一,那么其种类有多少呢,我国常见的扇贝有几种呢?调查表明:世界上出产的扇贝共有60多个品种,我国约占一半。青岛现在可以养殖种类有栉孔扇贝、海湾扇贝和虾夷扇贝三种。其中,海湾扇贝是外来品种,带有褐色的贝壳,扇贝肉水分较大,口感好;栉孔扇贝也被大家叫做青岛扇贝,带有红色的贝壳,是青岛本地海域的特产,加工扇贝干货多用栉孔扇贝,主要是因为其水分相对较小;而虾夷扇贝个头比较大,是白色的贝壳,在市场上数量较少。 

如今,岛城市民吃到的海湾扇贝,早已不是上个世纪八十年代引进的原始品种,而是经过多年选育的新品种。青岛的科研人员经多年选育,成功培育出海湾扇贝新品种,目前已成为我国海湾扇贝的主养品种,并取得良好的经济效益。 

海湾扇贝 

海湾扇贝原产于美国大西洋沿岸的浅海或内湾的泥砂底质中,其生存水温为2-34℃,生长水温为5-30℃。在-1℃条件下,72h后成活率为75%。3℃以下时贝壳闭合,不分泌足丝,5℃以下停止生长,10℃以上生长良好,18-28℃生长最快。海湾扇贝对盐度变化的适应性较强,1mm的稚贝生长的适盐范围为21‰- 37‰,最适盐范围25‰- 34‰,成贝的适盐范围为16‰- 43‰,生长的适宜盐度2l‰-35‰。 

虾夷扇贝 

虾夷扇贝属狭温冷水性贝类,也叫夏威夷贝,其生长适温范围为5- 20℃,最适生长水温10 - 20℃,低于5℃生长缓慢,0℃运动即极度降低直至停滞,水温高于23℃时生活能力减弱,并渐趋死亡。虾夷扇贝对盐度的适应范围较窄,适宜盐度为25‰-35‰,最适盐度为30‰- 33‰,但稚贝的适盐范围较广,在盐度11.5‰的低盐海水中、盐度40.7‰的高盐海水中,其鳃纤毛运动仍然正常。 

虾夷扇贝耐干露能力较差。壳高1.8-2cm的贝苗气温28℃,露空16h全部死亡;气温27℃,露空2天全部死亡:气温26℃,露空5天全部死亡。 

栉孔扇贝 

栉孔扇贝自然分布于渤海和黄海北部沿海,它生活在水流较急、盐度较高、透明度较大、水深10-30m的岩礁底或有贝壳砂砾的硬质海底,用足丝附着生活。栉孔扇贝对低温适应能力较强。水温在15- 25℃时生长良好,在水温- 1.5℃、水表面结成一层薄冰时也能存活,但在4℃以下贝壳几乎不能生长,水温25℃以上生长也受影响,在-2℃以下或30℃以上能导致死亡。栉孔扇贝对海水比重适应范围为1.015-1.029,而以1.017-1.026为最适宜。 

关键词: 青岛 蓝色经济 海洋经济 海洋 一带一路

编辑:官芝馥

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