遗传学研究揭示了美丽的日本珍珠牡蛎背后的“分子指纹”

来源：cnBeta 　2022-12-21 05:40:20

在日本，珍珠牡蛎是一种重要的水产养殖动物，因为它们能生产出美丽的珍珠，被用来制作项链、耳环和戒指。在20世纪90年代初，这个水产养殖业每年带来大约880亿日元的收入。然而，在过去的20年里，由于新的疾病和赤潮的联合作用下，日本的珍珠产量从每年约70000公斤下降到只有20000公斤。

现在，研究人员已经构建了一个高质量的、染色体规模的珍珠牡蛎基因组，他们希望可以用它来寻找有弹性的品系。这项研究是由冲绳科学与技术研究所（OIST）的科学家与其他一些研究机构合作进行的，包括K. MIKIMOTO & CO., LTD、珍珠研究所和日本水产研究与教育机构，最近发表在DNA研究杂志上。

(资料图片)

"建立基因组是非常重要的，"两位第一作者之一，OIST海洋基因组学部门的工作人员科学家竹内嵩博士说。"基因组是一个生物体的全套基因--其中许多是生存所必需的。有了完整的基因序列，我们可以做许多实验，并回答围绕免疫和珍珠如何形成的问题。"

2012年，竹内博士和他的合作者发表了日本珍珠牡蛎（Pinctada fucata）的基因组草案，这是第一批组装的软体动物基因组之一。他们继续进行基因组测序，以建立一个更高质量的、染色体规模的基因组装配。

牡蛎的基因组由14对染色体组成，从父母双方各继承了一套。每对染色体的两条染色体携带几乎相同的基因，但如果多样化的基因组合有利于它们的生存，就会有细微的差别。

传统上，当一个基因组被测序时，研究人员将这对染色体合并在一起。这对实验室动物很有效，因为它们的一对染色体之间通常有几乎相同的遗传信息。但是对于野生动物来说，一对染色体之间存在相当数量的基因变异，这种方法会导致信息的损失。

在这项研究中，研究人员决定在对基因组测序时不合并染色体。相反，他们对两套染色体进行了测序--这是一种非常不常见的方法。事实上，这可能是第一个专注于海洋无脊椎动物的研究，使用这种方法。

由于珍珠牡蛎有14对染色体，因此它们总共有28条，OIST的研究人员藤江学和真弓川滿使用最先进的技术对基因组进行了排序。另一位第一作者，前OIST生态和进化基因组学算法的博士后学者、现任职于东京大学的铃木义彦博士和竹内博士重建了所有28条染色体，并发现了一对染色体--第9对染色体之间的关键差异。值得注意的是，这些基因中有许多都与免疫力有关。

"一对染色体上的不同基因是一个重要的发现，因为这些蛋白质可以识别不同类型的传染病，"竹内博士说。

他指出，当动物被养殖时，往往有一个品系有更高的存活率或产生更漂亮的珍珠。养殖者往往用这种品系繁殖两只动物，但这导致了近亲繁殖，减少了遗传多样性。研究人员发现，在连续三个近亲繁殖周期后，遗传多样性明显减少。如果这种多样性减少发生在与免疫力有关的基因的染色体区域，就会影响动物的免疫力。因此，保持水产养殖种群的基因组多样性是很重要的。

这项研究得到了生物导向技术研究促进机构项目的资助，这是一个关于下一代技术先进研究和开发的特别计划项目。

渡边修吾教授（北里大学客座教授，东京大学名誉教授）的评论：

130年前，日本的御木本幸吉在世界范围内首次开发了养殖珍珠。即使在今天，它们仍然是日本生产的第二大出口海产品，仅次于扇贝。

然而，日本珍珠养殖的历史一直是与养殖环境中的疾病作斗争。1996年出现的红色变色病造成的损害特别严重。日本的养殖珍珠的产量已经明显下降。近年来，由于病毒引起的疾病的传播，珍珠养殖业再次面临重大问题。

虽然疾病的原因和对策的细节尚未确定，但有学者指出，日本的珍珠养殖业可能由于近亲繁殖具有优良性状的珍珠牡蛎而导致基因退化，从而难以应对各种环境变化和病原体的出现。

这项研究的结果揭示了日本珍珠养殖的这一隐忧，并具有重要的工业意义。此外，许多参与免疫系统的基因也已被确定。这也为珍珠形成之谜本身提供了启示，即为什么珍珠牡蛎可以形成珍珠层以应对外部引入的异物。

由日本珍珠牡蛎生产的Akoya珍珠以其独特和优雅的光泽吸引了来自世界各地的人们，这在其他珍珠牡蛎品种生产的珍珠中是看不到的。本研究有望成为对这一特性进行遗传阐释的开始。

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