通過蟲黃藻基因組解讀甲藻基因表達(dá)和珊瑚共生的分子機(jī)制

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通過蟲黃藻基因組解讀甲藻基因表達(dá)和珊瑚共生的分子機(jī)制

甲藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級(jí)生產(chǎn)者之一，其中蟲黃藻( Symbiodinium)是珊瑚礁中必不可少的共生藻．珊瑚礁豐富的生態(tài)系統(tǒng)全部依賴于共生甲藻經(jīng)光合固碳作用貢獻(xiàn)的初級(jí)生產(chǎn)力．甲藻在細(xì)胞生物學(xué)、進(jìn)化和基因組學(xué)上都擁有非?！安粚こ！钡奶匦?，它雖是單細(xì)胞生物，卻擁有巨大且差異懸殊的基因組( 11億～2 450億個(gè)堿基對(duì))，相當(dāng)于人類單倍體基因組的1～80倍［1］．

“千人計(jì)劃”林森杰教授長(zhǎng)期從事甲藻生理生態(tài)的分子機(jī)制研究，發(fā)現(xiàn)了甲藻基因轉(zhuǎn)錄過程中存在特殊的剪切機(jī)制［2］．并利用這一特性深入開展了甲藻細(xì)胞周期、光合作用和營(yíng)養(yǎng)鹽利用等相關(guān)功能基因的分子調(diào)控研究，利用基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)深入研究甲藻的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制．2015年11月，林森杰教授課題組在《Science》雜志上發(fā)表題為“The genome of Symbiodinium kawagutii illuminates dinoflagellate gene expression and coral symbiosis”的研究論文［3］，選取分離自珊瑚礁樣本中的蟲黃藻( S．kawagutii) (基因組大小1．18 Gbp)為研究對(duì)象，探索甲藻的基因組學(xué)特性，進(jìn)一步解讀其調(diào)控甲藻重要生物學(xué)特征及與珊瑚共生的分子機(jī)制．該研究通過采用高通量Illumina測(cè)序獲得覆蓋80%基因組( 0．935 Gbp)的高質(zhì)量拼接序列，結(jié)果表明該基因組編碼36 850個(gè)基因，其中68%以基因家族的形式存在．該研究同時(shí)整合目標(biāo)生物的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和微小RNA測(cè)序普查工作，并借助于研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期積累的甲藻轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)以及分子生理生態(tài)數(shù)據(jù)，以蟲黃藻為模式生物，系統(tǒng)、完整地分析了甲藻基因組的結(jié)構(gòu)特性及進(jìn)化歷史，包括以轉(zhuǎn)座子和反轉(zhuǎn)座子為主的基因組擴(kuò)增機(jī)制，以及新型的基因調(diào)控啟動(dòng)子．通過與其他真核單細(xì)胞藻類和原生動(dòng)物等近源物種的比較基因組學(xué)分析，探索了甲藻基因家族的進(jìn)化特征，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了參與控制甲藻有性生殖和形成休眠包囊的相關(guān)基因．通過進(jìn)一步深入的比較基因組學(xué)分析，描繪了珊瑚蟲和蟲黃藻共生過程中相互作用的分子機(jī)制(圖1)，結(jié)果表明部分基因在兩者中可能存在協(xié)同進(jìn)化關(guān)系，同時(shí)蟲黃藻的微小RNA( miRNA)可能同時(shí)對(duì)宿主和自身的基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控．

圖1蟲黃藻( S．kawagutii)和珊瑚( coral)共生體系中進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換和通過微小RNA( miRNA)調(diào)控雙邊共同蛋白表達(dá)的分子機(jī)制示意圖［3］

該研究報(bào)道了具有重要生態(tài)意義的一類甲藻(蟲黃藻)的高質(zhì)量拼接的基因組序列，以及深入的比較基因組學(xué)分析，為今后甲藻生物學(xué)和珊瑚－蟲黃藻共生生態(tài)系統(tǒng)的深入研究奠定了堅(jiān)實(shí)的分子生物學(xué)基礎(chǔ)．此項(xiàng)成果將有助于今后對(duì)全球環(huán)境變化下珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的演替趨勢(shì)的研究，以及揭示珊瑚礁白化的誘因和分子機(jī)制，并為如何開展珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和修復(fù)工作提供科學(xué)依據(jù)．

參考文獻(xiàn):

［1］LIN S．Genomic understanding of dinoflagellates［J］．Res Microbiol，2011，162: 551－569．

［2］ZHANG H，HOU Y，MIRANDA L，et al．Spliced leader RNA trans－splicing in dinoflagellates［J］．Proc Natl Acad Sci USA，2007，104: 4618－4623．

［3］LIN S，CHENG S，SONG B，et al．The genome of Symbiodinium kawagutii illuminates dinoflagellate gene expression and coral symbiosis［J］．Science，2015，350: 691－694．

(曹雅坤編寫)

·廈門大學(xué)研究亮點(diǎn)·

文章編號(hào):0438－0479( 2016) 01－0001－01

doi:10．6043/j．issn．0438－0479．2016．01．001