3月2日，中國水產科學研究院黃海水產研究所邵長偉研究員領銜的國際研究團隊在國際頂級期刊Cell（《細胞》）在線發表題為“The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights”的研究論文。該研究論文在南極磷蝦超大基因組組裝、極端環境適應和群體歷史演化研究方面取得突破性進展，研究成果為海洋生物極端環境適應機制及其群體演化的深入解析提供了新的理論參考，也為南極磷蝦漁業資源的管理提供了理論依據，對于培育我國南極生物資源開發利用新興產業、深度參與極地漁業國際治理具有重大意義。 　　南極大磷蝦（Euphausia superba，簡稱南極磷蝦）是地球上資源量最大、繁衍最成功的物種之一，也是南極海洋生物圈的重要基石，在南極生態系統的物質和能量循環過程中發揮著至關重要的作用。同時，南極磷蝦也是全球最大的動物蛋白儲庫。多個國家先后發起了南極磷蝦基因組計劃，其超大且復雜的基因組結構特征，使得解析南極磷蝦極端環境適應性以及群體演化機制困難重重，阻礙了南極磷蝦基因資源的發掘與利用。 　　本研究利用新一代測序技術對南極磷蝦開展了高深度的基因組測序、組裝和分析，構建了迄今為止地球上最大的已測序動物基因組，其大小為48Gb，重復序列含量高達92.45%。基于基因組和全長轉錄組，研究團隊完善了南極磷蝦生物鐘的雙反饋回路，通過與果蠅和哺乳動物比較發現，雙反饋回路中的關鍵基因沒有缺失，而部分基因（CRY1、CLK、NEMO和PDP1）在夏季（白晝時間長）和冬季（黑夜時間長）顯示出不同的表達水平，表明南極磷蝦已經進化出由晝夜節律系統控制的身體適應和行為模式。此外，在南極磷蝦基因組中鑒定到25個顯著擴張的基因家族中，有12個與南極磷蝦蛻殼或能量代謝相關。這些基因在冬、夏不同的季節中表現出了顯著不同的表達水平，與南極磷蝦在相對高溫、長光照和食物充足的夏季生命活動旺盛，蛻皮快的研究結果一致，表明南極磷蝦的相關顯著擴張基因為其適應極地特殊環境奠定了遺傳基礎。 　　由于南大洋繞極流的存在，南極磷蝦是否為遺傳同質的種群一直以來都是備受關注的熱點。本研究對來源于4個生物量較高的南大洋區域[南喬治亞島（SG）、南設得蘭群島（SSI）、普里茲灣 （PB）、羅斯海（RS）]的75個個體進行了群體遺傳學分析，共鑒定出3.65億個SNP,通過核苷酸多樣性，群體分化指數，遷移率等綜合分析，結果表明南極磷蝦在大的地理范圍上具有較高的遺傳連通性，不同地理群體之間沒有實質性差異。但是由于環境差異產生的自然選擇，不同地理區域南極磷蝦群體的遺傳結構還是呈現出微弱差異。 　　通過南極磷蝦群體演化歷史的分析發現，南極磷蝦的有效種群大小先在1000萬年前急劇減少，這與更新世期間冰期-間冰期氣候的劇烈波動相吻合；在10萬年前，南極磷蝦種群大小出現反彈，開始擴張，其原因可能是晚更新世期間較冷的溫度導致海冰擴張，擴大了南極磷蝦的棲息地，進而出現了種群的擴張。雖然在大尺度上，基于基因組數據的推論與歷史氣候變化相對應，但是環境因素對南極磷蝦群體的影響非常復雜，當今快速的氣候變化對南極磷蝦種群的影響還需進一步深入研究。 　　中國水產科學研究院黃海水產研究所邵長偉研究員為論文第一作者和通訊作者。黃海水產研究所、青島華大基因研究院、德國阿爾弗雷德？魏格納研究所、澳大利亞聯邦科學與工業研究組織等機構組建的國際研究團隊共同完成了該項研究。 　　原文鏈接：/file/upload/2023-03-07/cxt24kmnm2g