鲤科鱼类种类繁多,形态和生理特征在物种间存在较大差异。近期的基因组加倍事件在鲤科鱼类的多个类群中发生已经得到证实。研究人员收集了鲤科鱼类中具有代表性的二倍体和多倍体物种的基因组和转录组数据。通过对血红蛋白基因的重注释、共线性分析、进化分析和分子保守性的对比分析,研究人员再次证实近期基因组加倍事件在多倍体物种中的发生,同时也发现血红蛋白基因在二倍体物种中出现了较为保守的进化;对于多倍体物种而言,近期的基因组加倍则促进了血红蛋白基因表型的多样性进化,研究人员认为这些复杂模式与基因组加倍后的染色体重组、基因片段的缺失等事件有关。
为进一步深入研究血红蛋白基因的表达,研究人员将得到的结果同基因表达数据进行整合,结果显示血红蛋白基因的表达存在发育阶段性调控特征:二倍体类群的早期发育阶段表达的血红蛋白基因主要位于“MN”簇的3’端,且基因的排列总体上以hbα和hbβ类型基因交替并以“tail-to-head”的形式出现,而发育后期的表达基因则基本呈相反模式;对于多倍体物种而言,这些特征不再明显,特别是在多倍体物种中出现了基因表达的重复性进化转变。研究人员认为,对于经历了近期基因组加倍的多倍体物种而言,可以预见性的会出现基因数量上的陡增,但是研究结果也显示基因加倍后的非功能化(假基因、缺失等)进一步导致了基因进化的复杂性,并且可能促进基因在功能和表达模式上发生转变,从而为物种更好的适应环境提供基础。
结合对已经研究过的二倍体和多倍体物种的研究结果,研究人员推测,多倍体物种中较多的血红蛋白基因在不同发育阶段的表达,不仅体现了其个体发育过程中的生理变化,也从侧面发映出其对外界氧环境的较强适应能力。
该研究得到了国家自然科学基金委员会重大研究计划、中科院战略性先导科技专项(B类)以及水生所等项目资助。
共线性分析
血红蛋白基因共线性和发育阶段特异性表达
血红蛋白基因在个体发育阶段中的表达