編輯丨王多魚
排版丨水成文
在脊椎動(dòng)物演化歷史上,全基因組復(fù)制(whole-genome duplication,WGD)事件曾多次發(fā)生。有研究表明,脊椎動(dòng)物的共同祖先經(jīng)歷過一次全基因組復(fù)制事件(1R 事件)。硬骨魚類、鱘形目和鮭形目等譜系也獨(dú)立發(fā)生過類似演化事件,因而形成了多倍體。然而,多倍體并非穩(wěn)定狀態(tài),其基因組通常會(huì)逐步恢復(fù)為二倍體,這一過程被稱為“再二倍化”(rediploidization)。再二倍化會(huì)使大量冗余基因發(fā)生功能分化或獲得新的功能,被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)脊椎動(dòng)物譜系多樣化與適應(yīng)性演化的重要機(jī)制。
盡管再二倍化的重要性已被廣泛認(rèn)知,但由于缺乏合適的研究模型,再二倍化的早期演化機(jī)制,一直是生命科學(xué)研究領(lǐng)域長期懸而未決的科學(xué)難題。前期研究依賴于古老的多倍體類群(例如鮭魚或鱘魚),但其多倍化事件發(fā)生年代過于久遠(yuǎn),難以用來解析其早期動(dòng)態(tài)過程和關(guān)鍵細(xì)節(jié)。
2026 年 4 月 22 日,西南大學(xué)徐洛浩教授、劉海平教授、德國科學(xué)院院士Axel Meyer教授作為共同通訊作者(西南大學(xué)解傳帥、馬子突、馬可馨、周朝偉為論文共同第一作者),在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為:Chromosomal fusions trigger rediploidization of autopolyploid genomes 的研究論文。
該研究在魚類演化生物學(xué)研究領(lǐng)域取得重大突破,系統(tǒng)揭示了脊椎動(dòng)物全基因組復(fù)制(whole-genome duplication,WGD)后“再二倍化”(rediploidization)的觸發(fā)機(jī)制及其早期演化規(guī)律。
據(jù)悉,這是近年來我國淡水魚演化研究領(lǐng)域發(fā)表的首篇Nature研究論文,是我國在演化基因組學(xué)與魚類學(xué)研究領(lǐng)域取得的重大突破,西南大學(xué)為論文第一單位和通訊單位。
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來自青藏高原的裂腹魚亞科魚類,為探索“再二倍化”這一問題提供了難得的研究窗口。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),裂腹魚類祖先在約 3000 萬年前經(jīng)歷了一次同源多倍化事件,形成四倍體。這是目前已知的脊椎動(dòng)物中最年輕的同源多倍體之一。
研究團(tuán)隊(duì)深入青藏高原開展野外調(diào)研與實(shí)驗(yàn)室分析,歷時(shí)十余年,通過高原魚類繁育工作地攻克獲得了家系樣本。該研究利用親本遺傳信息分離子代單倍型,攻克了同源多倍體基因組解析難題,成功組裝了拉薩裸裂尻魚(高度特化裂腹魚類的代表物種)的單倍型解析基因組,結(jié)合高分辨率細(xì)胞遺傳學(xué)分析,首次在脊椎動(dòng)物中完整刻畫了再二倍化從起始到擴(kuò)展的全過程。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),不對稱染色體融合是啟動(dòng)再二倍化的關(guān)鍵“觸發(fā)器”。在裂腹魚基因組中,這種融合事件打破了四倍體狀態(tài)下的“四體遺傳”模式,推動(dòng)染色體向“二體遺傳”轉(zhuǎn)變。尤為重要的是,再二倍化并非隨機(jī)發(fā)生,而是以融合位點(diǎn)為起點(diǎn),逐步擴(kuò)展到整條染色體,呈現(xiàn)出清晰的階段性和方向性。
研究團(tuán)隊(duì)指出,脊椎動(dòng)物祖先在經(jīng)歷 1R 全基因組復(fù)制事件后,其基因組同樣發(fā)生了多次染色體融合。因此,裂腹魚所揭示的"染色體融合觸發(fā)再二倍化"機(jī)制,很可能同樣適用于解釋脊椎動(dòng)物祖先在 1R 事件后的基因組演化歷程,有望為理解脊椎動(dòng)物多倍體基因組再二倍化提供統(tǒng)一的理論框架。
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該研究在國際同行中得到了高度認(rèn)可,論文評(píng)審專家認(rèn)為,“該研究是當(dāng)前圍繞理解脊椎動(dòng)物全基因組復(fù)制后早期再二倍化機(jī)制最為突出的成果之一”。
論文鏈接:
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10439-1
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