FrontiersinGenetics首個非性逆轉黃鱔高質量基因組參考圖譜

　　中國水產科學研究院長江水產研究所水產養殖與遺傳育種研究室科研人員在國際期刊《遺傳學前沿》（Frontiers in Genetics）發表題為《Chromosome-Scale, Haplotype-Resolved Genome Assembly of Non-Sex-Reversal Females of Swamp Eel Using High-Fidelity Long Reads and Hi-C Data》的研究論文，發布了首個非性逆轉黃鱔高質量基因組參考圖譜。這是長江所科研人員在國內首次完成黃鱔全人工規模化繁育和破譯大黃斑品系基因組后又一基礎性研究結果，為超級母黃鱔培育和加速奠定了重要理論基礎。

　　黃鱔是我國重要的淡水養殖魚類，2020年全國養殖產量30.7萬噸，基礎產值超過200億元/年。同時，黃鱔是特殊的雌雄同體的雌性先熟魚類，表現為卵巢先發育產卵，隨后卵巢完全發育成精巢，并產生成熟精子。黃鱔在初次性成熟時懷卵量較低，約為300～800粒，其性逆轉特性極大限制了黃鱔苗種繁育規模。長江所科研人員在大黃斑品系選育過程中，發現約3%-5%的雌性親本可以連續多年產卵，并不發生性逆轉，懷卵量高（>3000粒/尾），是開展黃鱔性逆轉機制研究和超級母選育的極佳對象。

　　為研究其遺傳機制，長江所科研人員對連續3年產卵超級母個體進行基因組測序。結合Illumina二代測序、PacBio HiFi測序、Hi-C 技術，獲得了非性逆轉雌性親本基因組近完成圖（MalV2_NSR），最終獲得組裝基因組大小為838.39 Mb。其中contig N50為49.8 Mb，相比黃鱔大黃斑基因組（Mal.V1_CLR）提高了20.97倍。該組裝基因組增加了38.66 Mb堿基的遺傳信息；利用從頭（de novo）預測、同源（homolog）預測和轉錄組數據預測等方法，對非性逆轉雌性基因組進行注釋，共得到22704個蛋白質編碼基因。此外，結合HiFi測序在單倍型基因組組裝中的優勢，獲得了非逆轉雌性的兩套染色體的基因組序列，完成了單倍體組裝。兩套單倍型基因組在連續性上也相比普通雌性個體的高質量基因組（Mal.V1_CLR）有顯著提升（contig N50分別為14.54 Mb和12.13 Mb）。基因組共線性分析顯示，該研究獲得的單倍型基因組和二套單倍型基因組之間均存在著高度共線性。

　　與普通雌性個體基因組（Mal.V1_CLR）比較，長江所科研人員在非性逆轉雌性基因組（Mal.V2_NSR）中鑒定到了大量結構變異（SV），包括268個倒位（~15 Mb），540個易位（~5 Mb），以及890個重復。對長片段SVs（>1000bp）相關聯的2616個基因進行GO功能富集分析表明，在生物學過程中富集在DNA整合、DNA代謝、重組、微管移動等相關功能，分子功能中富集在涉及蘇氨酸肽酶活性、蘇氨酸內肽酶活性、微管運動活性等相關功能。此外，兩個單倍型基因組間亦存在大量SVs，顯示黃鱔兩套單倍型基因組亦存在較大多樣性。這些結果為進一步研究SVs與黃鱔的性別表型及性別決定機制提供了重要的資源。

　　此外，高質量的基因組提供了性別相關基因及高度多態的MHC基因基因組分布特征，為進一步研究黃鱔性別決定機制及開展免疫多態性特征奠定了基礎。

　　這些發現為黃鱔優異種質基因資源挖掘、基因編輯育種及其獨特性逆轉特性等研究提供了重要數據。

圖1. 非性逆轉黃鱔其基因組特征 (Mal.V2-NSR)。（A）非性逆轉黃鱔（B）Hi-C組裝熱圖（C）基因組特征（D）基因組組裝連續性比較