華大基因參與破譯虎尾海馬全基因組

　　2016年12月15日，由中國科學院南海海洋研究所、德國康斯坦茨大學、華大基因和新加坡A*STAR研究院共同組成的研究小組，聯合破譯了虎尾海馬（Hippocampus comes）的全基因組，有關研究成果以封面文章的形式發表在Nature雜志上。

　　海馬隸屬于海龍科。與其他硬骨魚不同，海馬呈現高度特殊的形態，例如頭部前方具有管狀長嘴，無腹鰭和尾鰭，尾端卷曲，全身覆蓋硬骨骼，沒有鱗片等。另一個特殊的點在于其雄性育兒及性別角色逆轉，即雌性海馬將卵子放入雄性海馬的育兒袋中，雄性海馬通過育兒袋孵化胚胎直到分娩。

　　為了探索海馬特殊的形態及繁殖方式背后的遺傳基礎，研究小組針對虎尾海馬進行全基因組測序并與其他輻鰭魚進行比較分析。

　　研究發現，在已測定全基因組的硬骨魚中，海馬的進化速率是最快的。雖然有關機制還不太清楚，但是較高的進化速率會促進具有新功能及更高效蛋白的海馬的出現，這些進化可能與其特殊的體型有關。另外，和斑馬魚等其他硬骨魚相比，海馬丟失了大量的順式調控元件，這些缺失可能在海馬的演化革新中發揮重要作用。

　　雄性育兒在海馬和海龍中是一種獨特的進化機制。為探究這個問題，研究人員分析了蝦紅素金屬蛋白酶中的C6AST基因家族，包括孵化酶、高絨毛膜酶及低絨毛膜酶，它們能夠引起卵膜溶解，與魚類的胚胎孵化相關。在虎尾海馬中，共找到六個蝦紅素基因，與其他硬骨魚相比發生了顯著擴張，其中有五個蝦紅素基因在懷孕中期及后期的雄性海馬育兒袋中高度表達，因此推測它們可能與海馬特殊的繁殖方式有關。

　　Tbx4基因是決定肢體發育的重要基因。通過比較基因組分析，研究人員發現海馬基因組中丟失了Tbx4基因，推測海馬腹鰭的缺失可能與此相關。為了驗證這個推測，研究人員在斑馬魚中進行基因敲除實驗，結果發現敲除Tbx4基因的斑馬魚真的沒有腹鰭。將單個基因的基因型和表型明確地聯系起來，是這篇文章的一大亮點。

　　論文并列第一作者徐猛、楊玉蘭，來自華大基因股份有限公司，負責基因組的組裝、注釋和比較分析工作；擔當并列通訊作者的石瓊研究員，是華大水產的副總經理兼首席科學家，其在五年前與中科院南海所的林強研究員以及新加坡A*STAR的Byrappa Venkatesh教授聯合啟動了海馬基因組計劃。鑒于海馬的重要藥用價值和整體瀕危狀態，目前聯合小組還完成了另外一種重要養殖型海馬（線紋海馬）的基因組工作，旨在促進海馬多個物種的人工繁育和生態保護工作。