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北京時間4月22日23時，《自然》（Nature）在線發(fā)表了西南大學科研團隊在演化生物學領域的重要研究成果。該研究首次揭示，染色體融合是驅動多倍體魚類基因組“再二倍化”的關鍵觸發(fā)器，為理解脊椎動物基因組的演化規(guī)律提供了全新理論框架。

這項成果由西南大學徐洛浩教授、劉海平教授聯(lián)合德國科學院院士阿克塞爾·邁爾（Axel Meyer）合作完成，是我國在淡水魚演化研究領域發(fā)表于《自然》的首篇論文，標志著我國在演化基因組學與魚類學研究方面取得重大突破。

破解生物進化未解之謎

在脊椎動物演化史上，全基因組復制事件多次發(fā)生，使得生物體內(nèi)基因數(shù)目翻倍，形成“多倍體”。但多倍體并不穩(wěn)定，通常會逐步恢復為正常的二倍體狀態(tài)，這個過程被稱為“再二倍化”。它推動冗余基因獲得新功能，被認為是生物多樣化和適應性進化的重要動力。然而，再二倍化最初是如何觸發(fā)的，一直是國際學界未解之謎。

“此前相關研究多依賴于鮭魚或鱘魚等年代久遠的古老多倍體類群，難以追溯再二倍化過程的關鍵細節(jié)?！蔽髂洗髮W生命科學學院教授徐洛浩說，對此，研究團隊將目光投向青藏高原的裂腹魚類。

裂腹魚是隨著青藏高原隆升而形成的獨特魚類類群，是迄今已知脊椎動物中“最年輕”的多倍體之一。其祖先在約3000萬年前經(jīng)歷過一次同源多倍化事件，形成四倍體，如今正處于基因組再二倍化的不同階段，為觀測基因組“再二倍化”的早期過程提供了鮮活樣本。西南大學水產(chǎn)學院教授劉海平研究團隊長期深耕青藏高原，歷時十余年，通過高原魚類繁育工作，攻克家系樣本的獲得難題。

本次研究中，西南大學團隊攻克了同源多倍體基因組解析難題，成功組裝了高度特化的裂腹魚模式物種——拉薩裸裂尻魚，并結合高分辨率細胞遺傳學分析，首次在脊椎動物中完整刻畫了再二倍化從起始到擴展的全過程。

染色體融合是“啟動開關”

研究表明，染色體之間的不對稱融合，是打破基因組四倍體狀態(tài)、啟動再二倍化的關鍵“開關”。這一融合事件會引發(fā)連鎖反應，從融合點開始，逐步推動整條染色體從“四體遺傳”模式轉向正常的“二體遺傳”模式，整個過程具有明顯的階段性和方向性。

這一在裂腹魚類中發(fā)現(xiàn)的機制，很可能適用于解釋古老脊椎動物的基因組演化歷程，有望為理解脊椎動物的多倍體基因組演化提供一個統(tǒng)一的理論模型。

論文評審專家認為，該成果是“理解脊椎動物全基因組復制后早期再二倍化機制最為突出的研究之一”。

西南大學為論文第一完成和通訊單位。研究得到國家自然科學基金及重慶市杰出青年科學基金等項目支持，該校淡水魚資源與生殖發(fā)育教育部重點實驗室提供了重要平臺支撐。