全基因组精细参考图谱绘制用的仿刺参

近日，中科院海洋研究所首次完成了海参（学名仿刺参）的全基因组精细参考图谱的绘制。这是国际上首次完成的海参基因组图谱，也是继海胆和海星之后发表的第三个棘皮动物基因组图谱。这项研究成果对海参基础生物学和遗传育种研究具有重要科学意义，也将对我国海参产业发展产生重要的推动作用。

中科院海洋研究所养殖行为实验室

全基因组序列的成功破译作为对海参认知创新的里程碑，将为海参的繁殖发育、免疫调控、营养代谢、遗传解析提供重要理论基础，为我国海参产业健康可持续发展提供有力科技支撑。仿刺参基因组的测序和发表是海参分子生物学基础研究的一个起点，通过后续的不断改进和深入挖掘，科研人员将对海参生命过程的了解会越来越深刻。下一步，科研人员将对重要功能基因进行深度验证，解析经济性状形成的分子机理，开展海参基因组育种和基因产品开发，促进海洋生物基因资源的开发和利用。

水产生物研究已进入基因组时代

“海参是一种海珍品，具有重要的营养和医用价值，近年来海参的养殖产业发展速度很快，产值近300亿元。基因组育种是未来育种的主流发展方向，科学家们一直在思考并努力尝试将基因组学应用于海参的遗传改良研究”。

海参基因组计划团队成员，中科院海洋研究所研究员张晓军表示，“近两年，针对我国海参养殖业面临育苗变态困难、成活率低下、养殖病害严重、种质退化、品质欠佳等一系列问题，研究人员共同开展了海参基因组学研究，通过海参基因信息的全面破译，在特殊生命现象的剖析、重要经济性状的分子解析、基因资源挖掘与利用、物种进化等多个领域的开展深入研究”。

目前，已有多个重要的水产养殖物种基因组得到破译，大部分是我国的科学家完成的，比如牡蛎、鲤鱼、舌鳎、海带、牙鲆、扇贝等，我国水产生物研究进入基因组时代，同时也推动了我国水产基础研究处于世界前列。

全基因组精细参考图谱绘制用的仿刺参

疑难问题可通过基因组得出答案

基因组中包含着生物全部遗传信息，全基因组测序对全面了解一个物种的基因组成、基因调控、分子进化、遗传育种等方面有着非常重要的意义。在此之前，世界范围内对海参基因组的了解都很少，研究基础薄弱。

“全基因组的测定使海参的分子育种有了遗传学基础，我们可以在它的全部遗传序列信息中寻找高产、抗病或高品质的基因或者分子标签，这样就可以大大提高遗传改良的效率。解析基因组后，我们就可以知道哪些基因是耐热的、生长力更强的，这样就可以节省育种时间” 。

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海参基因组计划团队的另一位成员，中科院海洋所副研究员孙丽娜告诉记者，“传统的育种方法是用主观意识去判断，哪个海参的性状更优良。但上一代耐热不代表下一代也一定耐热，最核心的还是在于遗传物质的改变。很多问题都可以通过基因解析得到答案。比如紫色海参的抗逆性为什么会优于青色海参，这些问题都需要以基因组为基础开展研究。”

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全基因组精细参考图谱绘制用的仿刺参

为再生医学应用提供了研究线索

海参基因组的破译，为生物学和物种进化研究指明了新的认知方向。据孙丽娜介绍，“海参如今面临从无脊椎动物向有脊椎动物进化的相对关键节点。海参身体柔软，而海参的近亲——海胆外骨骼发达，之前不知道为什么海参骨骼发生了退化。通过基因组解析我们发现海参和海胆都具有相对完整的骨骼发育系统，但海参在进化过程种丢掉了某些基因，这有助于找到海参骨骼显著退化的根本原因” 。

全基因组精细参考图谱绘制用的仿刺参

在自然界的动物中，强大的再生潜能是棘皮动物最显著的特征之一，海参可以吐脏和再生这一特性是很特殊的。海参仿刺参在强烈环境胁迫下可以将体内内脏几乎全部排出体外，当环境适宜后，可在2——3周重新长出功能完善的内脏器官。该研究利用多组学方法揭示了海参超强再生能力的分子机制。“基因组研究为组织器官再生机制与再生医学应用、棘皮动物进化等研究提供了范式，也为海参遗传选育提供了完整、重要的理论基础。”张晓军表示，“同时，我们还发现了很多海参皂苷合成的代谢通路基因，以及海参多糖和多肽等相关基因，正是这些物质使海参具有突出的滋补与保健功能。对这些基因的研究可以让我们进一步深入了解和开发海参的营养和药用价值。”