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北京時(shí)間4月22日23時(shí)，《自然》（Nature）在線發(fā)表了西南大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在演化生物學(xué)領(lǐng)域的重要研究成果。該研究首次揭示，染色體融合是驅(qū)動(dòng)多倍體魚(yú)類基因組“再二倍化”的關(guān)鍵觸發(fā)器，為理解脊椎動(dòng)物基因組的演化規(guī)律提供了全新理論框架。

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

破解生物進(jìn)化未解之謎

在脊椎動(dòng)物演化史上，全基因組復(fù)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(huì)逐步恢復(fù)為正常的二倍體狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程被稱為“再二倍化”。它推動(dòng)冗余基因獲得新功能，被認(rèn)為是生物多樣化和適應(yīng)性進(jìn)化的重要?jiǎng)恿ΑＨ欢?，再二倍化最初是如何觸發(fā)的，一直是國(guó)際學(xué)界未解之謎。

“此前相關(guān)研究多依賴于鮭魚(yú)或鱘魚(yú)等年代久遠(yuǎn)的古老多倍體類群，難以追溯再二倍化過(guò)程的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。”西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授徐洛浩說(shuō)，對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)將目光投向青藏高原的裂腹魚(yú)類。

裂腹魚(yú)是隨著青藏高原隆升而形成的獨(dú)特魚(yú)類類群，是迄今已知脊椎動(dòng)物中“最年輕”的多倍體之一。其祖先在約3000萬(wàn)年前經(jīng)歷過(guò)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(cè)基因組“再二倍化”的早期過(guò)程提供了鮮活樣本。西南大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院教授劉海平研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期深耕青藏高原，歷時(shí)十余年，通過(guò)高原魚(yú)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(xué)團(tuán)隊(duì)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(yú)模式物種——拉薩裸裂尻魚(yú)，并結(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(guò)程。

染色體融合是“啟動(dòng)開(kāi)關(guān)”

研究表明，染色體之間的不對(duì)稱融合，是打破基因組四倍體狀態(tài)、啟動(dòng)再二倍化的關(guān)鍵“開(kāi)關(guān)”。這一融合事件會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，從融合點(diǎn)開(kāi)始，逐步推動(dòng)整條染色體從“四體遺傳”模式轉(zhuǎn)向正常的“二體遺傳”模式，整個(gè)過(guò)程具有明顯的階段性和方向性。

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

論文評(píng)審專家認(rèn)為，該成果是“理解脊椎動(dòng)物全基因組復(fù)制后早期再二倍化機(jī)制最為突出的研究之一”。

西南大學(xué)為論文第一完成和通訊單位。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金及重慶市杰出青年科學(xué)基金等項(xiàng)目支持，該校淡水魚(yú)資源與生殖發(fā)育教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供了重要平臺(tái)支撐。