Genome Biology | 串联复制和趋同进化塑造了珊瑚基因组, 揭示气候变化对共生生物生存的影响

珊瑚礁是地球上最多样化的生态系统之一。虽然珊瑚礁仅占海底面积的0.2%，但却栖息着超过25%的海洋物种。几十年来，受全球海洋变暖的影响，珊瑚礁一直在减少。温度升高破坏了珊瑚和共生体的共生关系，导致大规模珊瑚白化和死亡。在过去的十年里，数个珊瑚基因组已经被测序，这使得人们能够更好地了解这些受到气候变化威胁的共生生物。

2023年6月1日，国际顶流杂志Genome Biology在线发表了法国埃夫里-巴黎萨克雷大学Jean‑Marc Aury教授团队题为”Pervasive tandem duplications and convergent evolution shape coral genomes”的研究论文。该研究组装了两个高质量的珊瑚基因组并且注释了大量的串联重复基因，研究表明这些串联重复基因有助于基因家族的扩增，并且在功能上与免疫系统和疾病抵抗力相关。

首先，使用ONT长读测序和Illumina短读测序组装了P. lobata和P. cf. effusa的高质量基因组，大小分别为543Mb和315Mb，并检测到高水平的杂合度。此外，使用短读技术对P.evermanni基因组测序以进行比较基因组学分析。DNA转座子在P. lobata基因组中含量最多(占17.4%)，而在P. cf. effusa基因组中含量最多的重复类型是逆转录元件(占10.5%)。利用转录组数据和25个刺胞动物蛋白质组对3个基因组进行注释，结果显示，P.lobata、P. evermanni和P. cf. effusa的预测基因分别为42,872、40,389和32,095个（表1）。

到目前为止，仅有3个珊瑚基因组是使用长度测序技术组装的，而该研究组装的P. lobata和P. cf. effusa基因组序列是迄今为止最接近、最完整的珊瑚基因组。串联重复是真核生物基因组进化中的一种重要机制，特别是可以产生不受约束的基因从而导致新的功能。在该研究组装的两个基因组中，预测基因数目比同属其他珊瑚物种中更多，包含保守域的比例与其他珊瑚相当。作者在现有的刺胞菌基因组和注释中检测到了串联重复基因（TDG），发现在P. lobata和P. cf. effusa中TDG的比例较高，分别为29.9%(12,818)和32.6%(10,449)。相比之下，TDG在使用短读序列组装的基因组中比例较低。此外，作者发现大多数扩增的基因家族包含较高比例的TDG，这表明串联重复是珊瑚基因家族扩增的重要机制（图1）。

在珊瑚基因组中扩增的大多数基因家族对应的受体可能与自我/非自我识别相关，并在先天免疫或宿主-共生相互作用中发挥作用。根据结构域组成，作者确定了含有TIR、NACHT和凝集素的基因家族，并统计了每个珊瑚物种中相应基因的数量。192个OG在珊瑚中扩增，每个物种/属显示特定的先天免疫基因家族。这一观察结果与早期的研究一致，即珊瑚物种的分化导致先天免疫相关基因的扩增，同时也表明先天免疫通路可能发挥不同的适应性作用。有趣的是，作者还在珊瑚扩增基因家族中发现了大量的GPCR-like (g蛋白偶联受体)蛋白，这种非常丰富的跨膜受体家族的功能还需要进一步研究，但它很可能参与先天免疫和/或宿主-共生体相互作用。

总的来说，作者研究了串联重复基因的重要性，并提供了新的途径来理解和筛选压力恢复力的差异。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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