GigaScience:首次公布所有现生企鹅物种基因组测序

编辑:厦门177网 发布于2020-09-05 15:14

“企鹅基因组联盟”在开放获取期刊GigaScience首次公布了所有现生企鹅物种的基因组数据。该联盟由来自中国、丹麦、新西兰、澳大利亚、阿根廷、南非、英国、美国和德国的研究人员组成。此次公布的数据包括19种全新的高覆盖度企鹅基因组序列,加上先前已经发表在GigaScience 的2种企鹅基因组,目前所有现生企鹅物种的全基因组已经被完整解读。该联盟计划通过对整个企鹅目开展比较基因组学研究,解释企鹅物种演化过程和人类活动及气候环境变化对企鹅种群的影响等重要基础问题。

企鹅相比于其他鸟类,具有诸多特殊生理形态特征,不同企鹅物种之间展现了丰富的异质性。企鹅的分布范围横跨整个南半球:从地处赤道的加拉帕戈斯群岛,到新西兰温带海洋性气候的森林,再到近南极岛屿的礁石,直至南极洲附近的海冰。从会飞的海鸟转变为失去飞行能力的潜泳健将是企鹅的标志性演化特征。这一变化过程伴随着大量的生理结构的变化,比如特化的前肢结构,更为光滑的皮肤表层,又短又硬的羽毛以及更为灵活的体温调节系统是它们适应不同环境(从热带加拉帕戈斯群岛到极冷的南极海冰)的生理基础。

由于企鹅对环境和气候的变化极其敏感,所以被比作�海洋中的金丝雀�。近几十年来,许多企鹅种群的个体数量锐减,例如,帝企鹅的数量在短短30年内下降了88%。其他企鹅物种的境况也岌岌可危。气候变暖、生境退化、海洋资源开发、渔业捕获、环境污染以及外来捕食者的引入是企鹅个体数量不断减少的重要原因。因此,企鹅成为许多生态系统监测研究的指示性物种。而获得所有现生企鹅物种的高质量基因组图谱则是了解种群数量下降原因的重要基础数据。

来自新西兰奥塔哥大学(University of Otago)的作者Theresa Cole说:�我们可以通过这些企鹅的基因组了解它们的种群历史。该研究将为所有企鹅物种在极端气候环境中的种群变化历史提供新的数据信息,并可辅助预测未来气候变化对企鹅种群演化趋势的影响。这项研究还将有助于我们了解气候变化对其他物种的影响,以帮助我们制定物种保育策略。�

这21种企鹅的物种辐射演化模式与著名的达尔文地雀类似,可以为研究物种起源与分化的研究提供新的模式系统。该联盟也在对近期灭绝的企鹅进行基因组测序,还对每个物种的多个个体进行了重测序和种群基因组学研究。

这项工作的通讯作者、来自哥本哈根大学、同时也是华大基因以及昆明动物研究所的张国捷教授说:�企鹅的祖先经历了快速的辐射分化,期间大量的物种已经灭绝,最终形成了20多个现存物种。这些物种的演化过程与过去地球5000万年以来的地质构造历史及气候变化密切相关。因此,企鹅的辐射分化是研究物种形成与环境作用关系的典型代表物种类群。�

收集这些企鹅的高质量样本极具挑战,因为其中许多物种分布在地球上最不适宜生物居住和最偏远的角落。而取样的另一个挑战来自于各国文化差异而非技术本身。在过去漫长的历史里,许多地区的企鹅物种已经深深的融入当地民族的传统文化里。为处理这一敏感问题,该联盟与这些族群间建立了充分的信任,共同研究当地企鹅的历史。

共同作者、新西兰生态环保部的Bruce McKinlay强调说:�新西兰的基因组研究目前正成为本国文化不可分离的新成分。企鹅在毛利文化中被称为�宝藏�(Taonga),本联盟与当地族群进行了严格的协商才得以对这6个来自新西兰的企鹅物种开展基因组测序。我们相信这些基因组信息将成为毛利文化的重要组成部分。�

企鹅基因组联盟计划的目标不只是获得高质量的企鹅基因组图谱。这些基因组已经对企鹅生命之树和进化历史的重建,以及它们对南极洲适应性进化的模式研究带来了非常有价值的成果。例如,该研究中的一个初步的系统发育树分析表明企鹅多次适应南极洲的极端环境。

这21种企鹅的基因组数据只是万里长征的第一步;企鹅基因组联盟欢迎感兴趣的研究者加入该联盟,共同为目前正在进行的比较基因组学和进化基因组学研究作出贡献。

虽然该研究尚在进行中,但前期的21种企鹅基因组数据已经可用,研究者要求计划使用这些数据进行类似的种间比较的团队遵循劳德代尔堡协定(Fort Lauderdale Agreement)和多伦多宣言(The Toronto statement)。


原文出处

Pan et al. High-coverage genomes to elucidate the evolution of penguins. 2019. GigaScience doi:

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