野生耐缺氧鲫鱼染色体水平从头基因组组装：解锁耐缺氧奥秘的基因组密码

《Scientific Data》：Chromosome-level de novo genome assembly of wild, anoxia-tolerant crucian carp, Carassius carassius

为探究鲫鱼耐缺氧的分子调控与进化机制，研究人员对野生鲫鱼进行基因组测序与分析，获得高质量基因组，为相关研究提供重要资源。

　　在北欧的一些小池塘里，冬季常常被冰雪覆盖，池塘中的鲫鱼面临着缺氧的严峻挑战。然而，鲫鱼却拥有一项神奇的本领 —— 它们能在缺氧环境中存活数月之久，这让它们成为这些季节性缺氧池塘中的 “霸主”。其他大多数脊椎动物在缺氧时往往难以生存，可鲫鱼却能通过将无氧代谢的终产物乳酸转化为乙醇，再经鳃排出体外，避免乳酸在体内积累导致酸中毒。此前，虽然鲫鱼耐缺氧的生理适应特征已被较好地描述，但背后的分子调控和进化机制却依旧神秘。为了揭开这些谜团，来自挪威奥斯陆大学（University of Oslo）的研究人员开展了深入研究，其成果发表在《Scientific Data》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在样本采集方面，从挪威奥斯陆的 “Tjernsrudtjernet” 池塘捕获野生雄性鲫鱼，在特定条件下饲养后采集血液和多种组织样本。DNA 和 RNA 提取时，分别使用特定试剂盒从肌肉组织和多种组织中提取 DNA 和 RNA。测序环节，利用 PacBio 长读长、Illumina 短读长和 Hi-C 测序技术获取基因组数据，并进行长读长和短读长 RNA 测序。在基因组组装与注释过程中，运用多种软件和工具对数据进行处理、分析和注释。

研究结果如下：

• 高质量基因组组装：通过对多种测序数据的处理和分析，研究人员成功组装出高质量的鲫鱼基因组。利用 GenomeScope k-mer 分析，预估基因组长度约为 1.65 Gbp，组装后的基因组 contig 水平 N₅₀达到 15 Mbp，包含 290 个 scaffolds，其中 98.6% 的基因组序列被定位到 50 条染色体上，这与预期的鲫鱼染色体数目相符。同时，线粒体基因组也被成功识别和注释，其长度和基因组成都符合预期。
• 全面的基因组注释：结构注释共得到 82,557 个蛋白质编码转录本（属于 45,667 个基因），BUSCO 完整性达到 99.6%，表明基因组注释的完整性较高。其中，77,370 个转录本能在 UniProtKB/Swiss-Prot 数据库中匹配到相应蛋白质。与之前的注释方法相比，使用 BRAKER3 和 PASA 相结合的方法，显著提升了注释质量，如增加了转录本数量，改善了外显子和转录本长度等。
• 与其他鱼类基因组比较：将该鲫鱼基因组与已有的养殖型鲫鱼、银鲫、金鱼和鲤鱼基因组进行比较。结果显示，该野生鲫鱼基因组在连续性和完整性上表现更优，其 contig 水平 N₅₀比其他基因组长 3 - 18 倍。尽管在某些 scaffold 水平指标上与部分基因组相近，但在整体的组装质量上更具优势。

研究结论和讨论部分指出，此次研究获得的野生耐缺氧鲫鱼高质量染色体水平基因组，为深入探究鲫鱼耐缺氧的分子和进化基础提供了重要资源。通过与其他鱼类基因组的比较，有助于揭示耐缺氧鱼类与不耐缺氧鱼类在基因层面的差异，为进一步研究鱼类的进化和基因组学提供了关键信息。这一成果不仅对比较动物生理学领域意义重大，还能推动鱼类生态学和进化研究的发展，为后续相关研究搭建了重要的基因组学平台。