單性生殖缺乏減數(shù)分裂同源重組，導致有害突變積累以及阻礙遺傳多樣性產生，因而單性生殖通常被認為是演化的“死胡同”。有些單性生殖魚類和爬行類存在時間已經(jīng)遠超出其預測的滅絕時間，并展現(xiàn)出較高的遺傳多樣性和較強的環(huán)境適應性。然而，脊椎動物單性生殖的演化機制尚不清楚。

 

　　近日，中國科學院院士、中科院水生生物研究所研究員桂建芳團隊、西北工業(yè)大學教授王文團隊與華大基因教授方曉東團隊等深度合作，以六倍體雌核生殖銀鯽為研究對象，揭示了銀鯽生殖成功的演化謎團。

 

　　研究團隊對有性生殖四倍體鯽（crucian carp： Carassius auratus）和雌核生殖六倍體銀鯽（gibel carp： Carassius gibelio）進行全基因組測序，并組裝成染色體水平的單倍型基因組。研究顯示，它們的單倍型基因組均含有50條染色體，包含兩個亞基因組（25條染色體來自于亞基因組A，25條染色體來自于亞基因組B）。測序覆蓋度分析發(fā)現(xiàn)，四倍體鯽是雙二倍體（amphidiploid：AABB），即包含兩套二倍體基因組，每套二倍體基因組源于不同祖先；揭示六倍體銀鯽是雙三倍體（amphitriploid：AAABBB），即包含兩套三倍體基因組，每套三倍體基因組源自不同祖先。

 

　　該研究通過不同品系雙二倍體鯽和雙三倍體銀鯽重測序數(shù)據(jù)證明：約82-96萬年前，雙三倍體銀鯽由祖先雙二倍體鯽經(jīng)同源三倍化而形成。雙三倍體銀鯽通過雌核生殖克服三個同源染色體不能正常配對和均等分離的生殖障礙。比較基因組學分析發(fā)現(xiàn)，減數(shù)分裂細胞周期相關基因以及一個卵母細胞特異組蛋白變體在雌核生殖銀鯽中發(fā)生了大量擴張，且大多數(shù)擴張基因在卵巢和卵母細胞中均有表達。此外，細胞學觀察發(fā)現(xiàn)，雙三倍體銀鯽通過抑制減數(shù)第一次分裂而產生不減數(shù)的卵子，且在卵子成熟過程中，檢測到偶發(fā)的同源重組事件以及很高的基因轉換率。這些基因組的改變或有利于雙三倍體銀鯽清除有害突變以及維持基因組穩(wěn)定性。

 

　　該研究首次提出了雙三倍體概念，解析的銀鯽基因組是第一個雙三倍體基因組，這為單性多倍體脊椎動物生殖成功的演化機制提供了創(chuàng)新見解，并為促進銀鯽精準遺傳育種提供了寶貴資源。

 

　　相關研究成果以Comparative genome anatomy reveals evolutionary insights into a unique amphitriploid fish為題，發(fā)表在Nature Ecology & Evolution上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、中科院前沿科學重點研究計劃與國家重點研發(fā)計劃等的支持。