揭秘濒危黄河鱼类！高质量基因组助力川陕哲罗鲑保育与进化研究

研究人员为解决川陕哲罗鲑（Leuciscus chuanchicus）遗传资源稀缺问题，测定其染色体水平基因组，为相关研究提供资源。

　　# 探秘川陕哲罗鲑：从濒危困境到基因组解锁的希望之光
在广袤的黄河水域中，生活着一种神秘而独特的鱼类 —— 川陕哲罗鲑（Leuciscus chuanchicus），它作为黄河特有的鲤科鱼类，是鲤科雅罗鱼亚科进化历程中重要的一环。然而，如今它却陷入了极度濒危的困境，种群数量岌岌可危，被列入中国物种红色名录中的极危（CR）物种行列。

造成川陕哲罗鲑濒危现状的因素众多，而遗传和基因组资源的匮乏，成为了保护它的巨大阻碍。对于生物学家和生态学家而言，没有足够的遗传信息，就如同在黑暗中摸索，难以制定出精准有效的保护策略。同时，这一现状也阻碍了对雅罗鱼亚科系统发育的深入探究。在生物多样性保护的宏大课题中，基因组学已逐渐成为关键的研究手段，它能够揭示物种的遗传多样性、种群历史动态，为保护生物学提供关键的理论依据。但长期以来，受限于高昂的研究成本，大多数濒危物种的高质量基因组测序工作难以开展。

为了打破这一困境，中国水产科学研究院的研究人员勇挑重担，开展了一项具有重大意义的研究。他们致力于测定川陕哲罗鲑的高质量染色体水平基因组，期望为这一濒危物种的保护以及雅罗鱼亚科的进化研究提供坚实的基础。最终，研究取得了丰硕成果，相关论文发表在《Scientific Data》上。这一成果为后续深入研究川陕哲罗鲑的生物学特性、制定科学的保护计划带来了新的曙光。

研究人员在此次研究中运用了多种前沿技术。在样本采集上，于 2023 年从黄河宁夏段采集了一条成年川陕哲罗鲑，获取其肌肉组织用于后续实验。在测序技术方面，综合运用了 Illumina 测序、PacBio HiFi 长读长测序以及 Hi-C 技术。Illumina 测序用于基因组 survey 和碱基水平校正；PacBio HiFi 测序得到高精度长读长序列，用于从头组装（de novo assembly）；Hi-C 技术则助力将初步组装的序列进一步聚类、排序，构建出染色体水平的基因组。同时，还运用了多种生物信息学工具进行基因组注释、基因预测等分析工作。

基因组测序与组装

研究人员首先对川陕哲罗鲑的基因组进行了全面测序。通过 Illumina 测序，获得了大量短读长数据，经质量筛选后用于基因组特征评估，估算出基因组大小约为 1.1Gb，杂合度为 0.53%。接着，利用 PacBio HiFi 技术获得了 4,764,355 条高精度长读长序列，其 N₅₀值达 16,299bp。将这些长读长序列进行 de novo 组装，得到包含 233 个 contig 的初步基因组，其总长度为 1,160,128,619bp，contig N₅₀大小为 31,116,631bp 。随后，借助 Hi-C 测序技术，将初步组装的 scaffold 进一步聚类、排序，成功构建出包含 25 条染色体的基因组，覆盖了估计核基因组的 97.84%。与同属的瓦氏雅罗鱼（Leuciscus waleckii）基因组相比，川陕哲罗鲑基因组在 contig N₅₀、平均 contig 长度等指标上表现更优，充分证明了此次基因组组装的高质量。

基因组注释

在完成基因组组装后，研究人员对川陕哲罗鲑的基因组进行了详细注释。通过多种工具相结合的方式，对基因组中的重复序列进行分析，发现重复序列占基因组的 60.36%，其中长末端重复序列（LTR）和 DNA 转座子最为丰富，分别占基因组的 24.9193% 和 22.5169%。在基因预测方面，综合运用从头预测、基于蛋白质的同源搜索以及 RNA 测序数据，共预测出 31,196 个蛋白质编码基因，其中 90.79% 的基因获得了功能注释。此外，还鉴定出了多种非编码 RNA，包括 1,501 个 miRNA、17,691 个 rRNA、1,521 个 snRNA 和 14,301 个 tRNA 。

技术验证

为确保基因组组装和注释的准确性，研究人员进行了严格的技术验证。利用 BUSCO 评估基因组组装的完整性，结果显示其完整性达到 97.6%，包含 95.6% 的单拷贝 BUSCO、2.0% 的重复 BUSCO、0.7% 的片段化 BUSCO 和 1.7% 的缺失 BUSCO。通过将 Illumina 双端测序数据映射到组装的基因组上，发现 99.63% 的 reads 能够成功映射，其中 93.7% 为正确配对的双端 reads，基因组覆盖度高达 99.97% 。进一步利用 BUSCO 和 OMArk 对蛋白质组质量进行评估，结果表明蛋白质组具有较高的完整性，分别为 93% 和 91.28%。这些数据充分证明了此次研究中基因组组装和注释的高质量。

这项研究成功组装出川陕哲罗鲑的高质量染色体水平基因组，填补了该物种基因组资源的空白。这一成果为深入探究雅罗鱼亚科的分子进化机制提供了重要的数据支撑，有助于揭示该亚科鱼类的进化历程和适应策略。同时，为川陕哲罗鲑的保护工作提供了关键的理论依据，研究人员可以基于这些基因组信息，制定更为精准的保护策略，如开展遗传多样性监测、建立合理的繁育计划等，为拯救这一濒危物种带来了新的希望。此外，该研究中运用的技术方法和研究思路，也为其他濒危物种的基因组研究提供了有益的参考，推动了整个保护生物学领域的发展。