單性生殖缺乏減數(shù)分裂同源重組，導(dǎo)致有害突變積累以及阻礙遺傳多樣性產(chǎn)生，所以單性生殖通常被認(rèn)為是演化的死胡同。有趣的是，有些單性生殖魚類和爬行類存在時(shí)間已經(jīng)遠(yuǎn)超出其預(yù)測的滅絕時(shí)間，且展現(xiàn)出很高的遺傳多樣性和很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。然而，脊椎動(dòng)物單性生殖的演化機(jī)制尚不清楚。 

　　近日，中國科學(xué)院水生生物研究所桂建芳院士團(tuán)隊(duì)，西北工業(yè)大學(xué)王文教授團(tuán)隊(duì)，華大基因方曉東教授團(tuán)隊(duì)以及其他資深專家開展深度合作，以六倍體雌核生殖銀鯽為研究對象，揭示了銀鯽生殖成功的演化謎團(tuán)。 

　　研究團(tuán)隊(duì)對有性生殖四倍體鯽（crucian carp： Carassius auratus）和雌核生殖六倍體銀鯽（gibel carp： Carassius gibelio）進(jìn)行了全基因組測序，并組裝成染色體水平的單倍型基因組：它們的單倍型基因組均含有50條染色體，包含兩個(gè)亞基因組（25條染色體來自于亞基因組A，25條染色體來自于亞基因組B）。通過測序覆蓋度分析，發(fā)現(xiàn)四倍體鯽是雙二倍體（amphidiploid：AABB），即包含兩套二倍體基因組，每套二倍體基因組源于不同祖先；同時(shí)揭示六倍體銀鯽是雙三倍體（amphitriploid：AAABBB），即包含兩套三倍體基因組，每套三倍體基因組源自不同祖先（圖1）。 

　　圖1 雙二倍體鯽和雙三倍體銀鯽基因組解析 

a，鯽和銀鯽共線性關(guān)系；b，鯽和銀鯽亞基因組特異的重復(fù)序列；c，每個(gè)染色體等位基因頻率；d，等位基因測序深度；e，每個(gè)染色體單倍型測序深度 

　　該研究還通過不同品系雙二倍體鯽和雙三倍體銀鯽重測序數(shù)據(jù)證明：約82-96萬年前，雙三倍體銀鯽由祖先雙二倍體鯽經(jīng)同源三倍化而形成。雙三倍體銀鯽通過雌核生殖克服三個(gè)同源染色體不能正常配對和均等分離的生殖障礙。通過比較基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)減數(shù)分裂細(xì)胞周期相關(guān)基因以及一個(gè)卵母細(xì)胞特異組蛋白變體在雌核生殖銀鯽中發(fā)生了大量擴(kuò)張，且絕大多數(shù)擴(kuò)張基因在卵巢和卵母細(xì)胞中都有表達(dá)。此外，通過細(xì)胞學(xué)觀察，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)雙三倍體銀鯽通過抑制減數(shù)第一次分裂而產(chǎn)生不減數(shù)的卵子，且在卵子成熟過程中，檢測到偶發(fā)的同源重組事件以及很高的基因轉(zhuǎn)換率。這些基因組的改變可能有利于雙三倍體銀鯽清除有害突變以及維持基因組穩(wěn)定性。 

　　該研究首次提出了雙三倍體概念，解析的銀鯽基因組是第一個(gè)雙三倍體基因組，為單性多倍體脊椎動(dòng)物生殖成功的演化機(jī)制提供了創(chuàng)新見解，同時(shí)也為促進(jìn)銀鯽精準(zhǔn)遺傳育種提供了寶貴資源。 

雙二倍體鯽和雙三倍體銀鯽 （雙二倍體鯽由余鵬拍攝，雙三倍體銀鯽由孫慧拍攝）　 

　　以上研究以“Comparative genome anatomy reveals evolutionary insights into a unique amphitriploid fish”為題，發(fā)表于Nature Ecology & Evolution。汪洋、李熙銀、許文杰、王堃、吳斌、徐猛、陳燕為并列第一作者，桂建芳院士、周莉研究員、王文教授、方曉東教授為共同通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA024030104, XDB31000000），中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目（QYZDY-SSW-SMC025），國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD0900204, 2021YFD1200804）等項(xiàng)目資助。 

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41559-022-01813-z