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研究人员为探究黑鲷性别变化机制，构建其端粒到端粒（T2T）基因组，为鱼类基因组学研究提供资源。
# 黑鲷基因组研究：开启鱼类性别转变奥秘之门
在神秘的海洋世界里，黑鲷（Acanthopagrus schlegelii）这种鱼类有着独特的 “性别旅程”。它属于鲈形目（Perciformes）鲷科（Sparidae），是备受喜爱的经济鱼类，因其生长迅速、肉质鲜美、环境适应性强，在水产养殖中占据重要地位。然而，它与众不同的是，在生命的前两年以雄性的身份生活，从第三年开始自然转变为雌性，这种从雄性到雌性的自然性别变化（protandrous hermaphrodite），让它成为研究鱼类性别发育分子机制的绝佳模型。
目前，在黑鲷的人工养殖中，性别问题却给养殖户带来了不少困扰。黑鲷在幼年阶段就出现性分化，拥有双性性腺，但这导致雌雄繁殖不同步，雌雄比例严重失调。养殖户由于无法调控其性分化、成熟和繁殖过程，在实际育种中困难重重。尽管之前的研究发现年龄和季节会影响双性性腺的发育，并且卵巢中卵黄生成卵母细胞的发育是自然性别变化的指标之一，也有 wnt4（Wnt 家族成员 4）、foxl2（叉头框 L2）等一些基因被认为与性别分化和控制有关，但黑鲷自然性别变化的详细分子机制仍然是个未解之谜。
为了揭开这个谜团，深圳大学水生基因组实验室等研究机构的研究人员开展了一项重要研究。他们成功构建了雄性黑鲷的无间隙端粒到端粒（T2T）基因组，该研究成果发表在《Scientific Data》上。这一成果意义非凡，作为多种雄性先熟鱼类的首个参考 T2T 级基因组组装，它不仅为鱼类基因组数据库的扩充提供了宝贵的遗传资源，还能助力不同雌雄同体脊椎动物之间的深入基因组比较，为黑鲷的广泛研究提供了基础基因组数据。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们从广东省农业技术推广中心位于惠州的广东海洋渔业实验中心采集了一条两岁雄性成年黑鲷，按照深圳大学动物伦理委员会的规定采集了肌肉、肝脏等组织样本。接着，对样本进行多种测序，包括用 MGISEQ-2000 平台进行短读长测序，PacBio Sequel II System 进行 HiFi 测序，ONT 构建超长文库并在 PromethION 平台测序，以及用 Hi-C 测序。之后，利用 Jellyfish 和 GenomeScope 估算基因组大小，通过 HiFiasm 等软件进行基因组组装，还用多种方法对基因组进行注释。
下面来看看具体的研究结果：
- 基因组组装：研究人员利用多种测序技术，成功构建了高质量的黑鲷 T2T 基因组。通过 Jellyfish 和 GenomeScope 分析，估算出黑鲷基因组大小为 671.32Mb，基因组杂合度为 0.59%。HiFiasm 软件结合 HiFi 和 ONT 长读长序列组装成 contigs，再用 T2T-polish 优化，最终得到的基因组总大小为 714.71Mb，锚定到 24 条染色体上，contig N50 达到 31.8Mb，97.78% 的初级组装序列被成功锚定。
- 着丝粒和端粒序列鉴定：通过搜索端粒区域的重复序列（TTAGGG/CCCTAA）鉴定出端粒序列，利用 Centromics 程序分析原始 HiFi 测序数据等鉴定着丝粒序列，发现黑鲷染色体有 24 个着丝粒和 47 个端粒。
- 基因组注释：
- 重复序列注释：采用从头预测和基于同源性的策略，检测出黑鲷基因组中共有 221.23Mb 的重复序列，占组装基因组的 30.95%，包括 DNA 转座元件、LINE、SINE 等多种类型。
- 蛋白质编码基因和功能注释：综合从头预测、基于同源性和转录组的注释方法，共鉴定出 24,581 个蛋白质编码基因，平均基因长度为 16.34kb，平均编码序列（CDS）长度为 1,721.43bp。这些基因在多个蛋白质数据库中进行比对，98.36% 的基因至少有一个同源匹配注释。
- 非编码 RNA 基因注释：利用 tRNAscan-SE、RNAmmer 等软件，预测出 956 个 rRNAs、2,175 个 tRNAs、874 个 miRNAs 和 1,212 个 snRNAs。
- 技术验证：
- 基因组组装和注释评估：BUSCO 分析显示，基于 actinopterygii_odb10 数据库中的 3640 个单拷贝直系同源基因，99.3% 的注释基因被正确分类为完整基因（99.1% 单拷贝基因和 0.2% 重复基因），Merqury 估计组装质量值（QV）为 52.95，多种测序数据与组装基因组的比对率也很高，表明基因组组装质量高。对基因结构注释的 BUSCO 分析也显示，96.2% 的注释基因正确分类为完整基因。
- 共线性分析：通过 GenomeSyn 对黑鲷和黄鳍鲷进行全基因组共线性分析，结果证明它们的染色体之间有很好的一对一对应关系，进一步验证了黑鲷基因组测序和组装的高质量。
综上所述，这项研究成功构建了黑鲷的 T2T 基因组，为黑鲷性别转变等生物学特性的研究提供了坚实的基础。高质量的基因组序列有助于深入剖析黑鲷性别变化的分子机制，找到影响性别转变的关键基因和信号通路。同时，该研究成果对鱼类基因组学的发展意义重大，为其他雌雄同体鱼类的研究提供了重要参考，有助于推动鱼类遗传育种、性别调控等相关领域的发展，在水产养殖实践中，有望通过性别调控技术提高黑鲷的养殖效益，为渔业可持续发展提供有力支持。未来，研究人员可以基于此基因组进一步开展功能基因组学研究，深入探索黑鲷性别转变过程中的基因表达调控机制，以及这些机制在进化过程中的保守性和特异性，为生命科学领域对性别决定和分化的理解带来新的突破。
