復旦鐘揚教授Nature子刊基因組測序成果

日期：2016-07-08 09:53:31

青藏高原（Qinghai-Tibet Plateau，QTP）引起極端環境而具有最高的生物多樣性，為研究適應性進化提供了一個理想的天然實驗室。近期，來自復旦大學、云南大學、青海民族大學、中科院水生生物研究所、牛津大學等處的研究人員，在Nature子刊《Scientific Reports》在線發表了題為“The genome and transcriptome of Trichormus sp. NMC-1: insights into adaptation to extreme environments on the Qinghai-Tibet Plateau”的學術成果。

本研究通訊作者是復旦大學生命科學學院的博士生導師鐘揚教授。鐘揚教授在1979年考入中國科學技術大學少年班，1984年畢業于該校無線電電子學系。日本國立綜合研究大學院大學生物系統科學博士。1984-1999年在中科院武漢植物所工作（1996年起任研究員），其間在美國加州大學柏克萊分校和密西根州立大學合作研究4年。2000年起任復旦大學生命科學學院教授，進化生物學中心主任，主要從事植物分子進化和生物信息學研究。2009年被教育部批準為長江計劃特聘教授（西藏大學），中組部第六批援藏干部。主要研究方向為植物分子進化、生物信息學、系統生物學分析和計算機模擬。

在這項研究中，研究人員生成了青藏高原藍藻Trichormus sp. NMC-1的基因組序列草圖，并在低溫下進行了全轉錄組測序，以探討T. sp. NMC-1適應特殊環境的遺傳學機制。結果發現，它的基因組序列是5.9 Mb，具有39.2%的G+C含量，總共包括5362個CDS。系統進化樹表明，這一菌株屬于Trichormus和Anabaena集群。T. sp. NMC-1和六個近緣種之間的基因組對比顯示，在T. sp. NMC-1基因組中，功能未知的基因占據了更高的比例(28.12%)。

此外，該研究分析了特定的、明顯正向選擇的、擴張純正群的和差異表達的一些基因的功能——這些基因參與信號轉導、細胞壁/膜生物起源、次生代謝產物的生物合成、能源生產和轉換，旨在闡述特殊的適應特征。進一步的分析表明，CheY-like基因、胞外多糖和類菌胞素氨基酸樣的氨基酸，可能在極端環境的適應性中扮演重要的角色。總而言之，這些結果表明，藍藻對青藏高原極端環境的適應性背后，有著復雜的遺傳學機制。

作為生物進化研究中的熱點和難點，青藏高原生物對生境的適應機制和策略，一直倍受科學家們的關注。2014年5月12日，Nature雜志以“比喜馬拉雅更早的西藏山脈（Tibet mountainous long before Himalayas）”為題報道了丁林研究員為首的研究組在國際地學著名刊物《地球與行星科學通信》發表的成果。該項研究指出，青藏高原南部的岡底斯山在5500萬年時已隆升到4500米，大大早于喜馬拉雅山脈達到這一高度的時間。

2014年9月，中國科學院水生生物研究所何舜平學科組采用PCR及RACE的方法獲得不同進化等級裂腹魚類加倍的hif-α基因（hif-1αA，hif-1αB，hif-2αA 和 hif-2αB），通過序列分析、系統發育關系構建、正向選擇檢驗以及hif-α基因體外表達和轉錄活性研究，來探討裂腹魚類基因多倍化對青藏高原的適應性進化機制。

2015年1月13日，全球首個青稞基因組圖譜正式繪制成功，其研究成果在線發表在PNAS雜志上，該研究對青稞的西藏地方品種Lasa Goumang 進行了全基因組測序及圖譜繪制，獲得了大小為3.89Gb的基因圖譜，共包含36,151個蛋白編碼基因。青稞基因組的發表，不但幫助我們更好的理解大麥類作物的不同馴化途徑，同時也使得我們能夠結合大麥，小麥，以及其祖先品種一窺麥族的進化歷史。而耐寒缺氧等極端環境的適應性問題更好的為我們進行高原類作物的改良指明了方向，有助于解決民生中的糧食問題。