复旦钟扬教授Nature子刊基因组测序成果

青藏高原（Qinghai-Tibet Plateau，QTP）引起极端环境而具有最高的生物多样性，为研究适应性进化提供了一个理想的天然实验室。近期，来自复旦大学、云南大学、青海民族大学、中科院水生生物研究所、牛津大学等处的研究人员，在Nature子刊《Scientific Reports》在线发表了一项学术成果，通过测序解析蓝藻对高原极端气候的适应机制。

　　

生物通报道：青藏高原（Qinghai-Tibet Plateau，QTP）引起极端环境而具有最高的生物多样性，为研究适应性进化提供了一个理想的天然实验室。近期，来自复旦大学、云南大学、青海民族大学、中科院水生生物研究所、牛津大学等处的研究人员，在Nature子刊《Scientific Reports》在线发表了题为“The genome and transcriptome of Trichormus sp. NMC-1: insights into adaptation to extreme environments on the Qinghai-Tibet Plateau”的学术成果。

本研究通讯作者是复旦大学生命科学学院的博士生导师钟扬教授。钟扬教授在1979年考入中国科学技术大学少年班，1984年毕业于该校无线电电子学系。日本国立综合研究大学院大学生物系统科学博士。1984-1999年在中科院武汉植物所工作（1996年起任研究员），其间在美国加州大学柏克莱分校和密西根州立大学合作研究4年。2000年起任复旦大学生命科学学院教授，进化生物学中心主任，主要从事植物分子进化和生物信息学研究。2009年被教育部批准为长江计划特聘教授（西藏大学），中组部第六批援藏干部。主要研究方向为植物分子进化、生物信息学、系统生物学分析和计算机模拟。

在这项研究中，研究人员生成了青藏高原蓝藻Trichormus sp. NMC-1的基因组序列草图，并在低温下进行了全转录组测序，以探讨T. sp. NMC-1适应特殊环境的遗传学机制。结果发现，它的基因组序列是5.9 Mb，具有39.2%的G+C含量，总共包括5362个CDS。系统进化树表明，这一菌株属于Trichormus和Anabaena集群。T. sp. NMC-1和六个近缘种之间的基因组对比显示，在T. sp. NMC-1基因组中，功能未知的基因占据了更高的比例(28.12%)。

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此外，该研究分析了特定的、明显正向选择的、扩张纯正群的和差异表达的一些基因的功能——这些基因参与信号转导、细胞壁/膜生物起源、次生代谢产物的生物合成、能源生产和转换，旨在阐述特殊的适应特征。进一步的分析表明，CheY-like基因、胞外多糖和类菌胞素氨基酸样的氨基酸，可能在极端环境的适应性中扮演重要的角色。总而言之，这些结果表明，蓝藻对青藏高原极端环境的适应性背后，有着复杂的遗传学机制。

作为生物进化研究中的热点和难点，青藏高原生物对生境的适应机制和策略，一直倍受科学家们的关注。2014年5月12日，Nature杂志以“比喜马拉雅更早的西藏山脉（Tibet mountainous long before Himalayas）”为题报道了丁林研究员为首的研究组在国际地学著名刊物《地球与行星科学通信》发表的成果。该项研究指出，青藏高原南部的冈底斯山在5500万年时已隆升到4500米，大大早于喜马拉雅山脉达到这一高度的时间。相关阅读：《自然》杂志报道中国科学家青藏高原冈底斯山古高度最新科研进展 。

2014年9月，中国科学院水生生物研究所何舜平学科组采用PCR及RACE的方法获得不同进化等级裂腹鱼类加倍的hif-α基因（hif-1αA，hif-1αB，hif-2αA 和 hif-2αB），通过序列分析、系统发育关系构建、正向选择检验以及hif-α基因体外表达和转录活性研究，来探讨裂腹鱼类基因多倍化对青藏高原的适应性进化机制。相关阅读：水生所关于裂腹鱼类适应青藏高原环境的研究取得进展。

2015年1月13日，全球首个青稞基因组图谱正式绘制成功，其研究成果在线发表在PNAS杂志上，该研究对青稞的西藏地方品种Lasa Goumang 进行了全基因组测序及图谱绘制，获得了大小为3.89Gb的基因图谱，共包含36,151个蛋白编码基因。 青稞基因组的发表，不但帮助我们更好的理解大麦类作物的不同驯化途径，同时也使得我们能够结合大麦，小麦，以及其祖先品种一窥麦族的进化历史。而耐寒缺氧等极端环境的适应性问题更好的为我们进行高原类作物的改良指明了方向，有助于解决民生中的粮食问题。相关阅读：全球首个青稞基因组图谱发布 将助力于高原作物的适应性机制研究 。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
The genome and transcriptome of Trichormus sp. NMC-1: insights into adaptation to extreme environments on the Qinghai-Tibet Plateau.
Abstract: The Qinghai-Tibet Plateau (QTP) has the highest biodiversity for an extreme environment worldwide, and provides an ideal natural laboratory to study adaptive evolution. In this study, we generated a draft genome sequence of cyanobacteria Trichormus sp. NMC-1 in the QTP and performed whole transcriptome sequencing under low temperature to investigate the genetic mechanism by which T. sp. NMC-1 adapted to the specific environment. Its genome sequence was 5.9 Mb with a G+C content of 39.2% and encompassed a total of 5362 CDS. A phylogenomic tree indicated that this strain belongs to the Trichormus and Anabaena cluster. Genome comparison between T. sp. NMC-1 and six relatives showed that functionally unknown genes occupied a much higher proportion (28.12%) of the T. sp. NMC-1 genome. In addition, functions of specific, significant positively selected, expanded orthogroups, and differentially expressed genes involved in signal transduction, cell wall/membrane biogenesis, secondary metabolite biosynthesis, and energy production and conversion were analyzed to elucidate specific adaptation traits. Further analyses showed that the CheY-like genes, extracellular polysaccharide and mycosporine-like amino acids might play major roles in adaptation to harsh environments. Our findings indicate that sophisticated genetic mechanisms are involved in cyanobacterial adaptation to the extreme environment of the QTP.