中韓科學家主導破譯小須鯨基因組

　　2013年11月25日，來自韓國海洋科學技術研究所、深圳華大基因研究院等單位的科研人員成功破譯了小須鯨全基因組圖譜，并對鯨類獨特生理習性的遺傳學機制進行了研究分析。據了解，小須鯨全基因組圖譜是目前測序深度最高的海洋哺乳動物基因組圖譜。最新研究成果已于《自然?遺傳學》雜志上在線發表.

　　一直以來，人們都癡迷于海洋生物是如何演化為陸生生物。而鯨類的進化卻反其道而行之，由陸生向水生演化，與陸生偶蹄動物如牛、豬等擁有一個共同的祖先——一種現已滅絕的類似鹿的半水生哺乳動物Indohyus。在大約5,400萬年前，Indohyus進化為兩個分支：一支漸漸習慣了水生生活最終進化成今天的鯨，而另一支則堅持陸地生活，成為陸生偶蹄類哺乳動物。鯨類為了全方位地適應深海缺氧、高壓強、高鹽以及完全水生的生活環境，其生理習性及生態發生了很多改變，但仍保留了部分與陸地哺乳動物相同的生理特征，例如肺呼吸。

　　在本研究中，科研人員對從一只雄性小須鯨肌肉中提取的DNA進行了高深度全基因組從頭(de novo)測序，并同時對三只小須鯨、一只長須鯨，一只寬吻海豚和一只江豚進行了重測序研究。通過比較分析發現，小須鯨、寬吻海豚、豬和牛共有9,848 個直系同源基因家族，其中小須鯨的特異基因家族數為494。與非鯨哺乳動物相比，鯨類中有特異突變位點氨基酸的基因總數為4,773，其中695個基因上發現了功能性的氨基酸突變，小須鯨中有特異突變氨基酸的基因數為574。

　　科研人員對與鯨類獨特生理習性相關的基因進行了研究。結果發現，鯨類基因中與抗壓相關的基因都得到了正向選擇，如過氧化物酶家族(PRDX)。過氧化物酶在清除過氧化物以及新陳代謝相關的氧化還原過程中起著重要作用。進一步研究發現，PRDX1基因在小須鯨、寬吻海豚中發生了不同程度的擴增，另外PRDX1同源基因在長須鯨和江豚中也發生了擴增。PRDX3基因在兩類須鯨中都發生了擴增，而PRDX4基因在小須鯨和寬吻海豚中發生了正向選擇。

　　蛋白質O位N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAc)糖基化作為一種區別于一般糖基化的翻譯后修飾，會使蛋白質的功能發生多種改變。近年來研究發現，蛋白質O-GlcNAc糖基化修飾參與糖尿病、阿爾茨海默病與心臟病等多種疾病病理生理過程。而在鯨類中，科研人員認為蛋白質O-GlcNAc糖基化可增強細胞的抗缺氧和滲透壓的能力。在本研究中，科研人員對鯨類基因組中編碼蛋白質O-GlcNAc轉移酶(OGT)的基因進行了研究。發現編碼OGT的基因在鯨類中發生了不同程度的擴增，其中寬吻海豚中有11個拷貝，小須鯨中有3個拷貝。

　　在鯨類的所有生活習性中，最重要的或者說最特別的可能就是深度潛水。深度潛水就意味著缺氧，那么鯨類又是如何解決缺氧這個難題的呢?在缺氧環境下，機體最容易受到活性氧化物的攻擊，而谷胱甘肽是機體內活性氧的清道夫。研究者們對鯨類基因組中谷胱甘肽代謝通路中的基因進行了研究，結果發現GPX2, ODC1, GSR, GGT6, GGT7, GCLC, 和ANPEP等與谷胱甘肽代謝相關的基因都發生了特異性的氨基酸突變。此外，科學家還測定了一只大西洋斑點原海豚(Stenella frontalis)的腎細胞中谷光甘肽和氧化谷胱甘肽中含量，結果發現谷胱甘肽含量較高而氧化谷胱甘肽的含量較低，因此鯨類中可能存在更強的谷胱甘肽代謝能力。

　　此外，科研人員還發現了一些鯨類為適應深海環境而發生了改變的基因，如編碼結合珠蛋白的基因，編碼乳酸脫氫酶(LDH)的基因以及參與腎素-血管緊張素-醛固酮系統的基因等。在形態學方面，研究者們發現須鯨中與牙釉質形成和生物礦化相關的基因MMP20、 MMP和 AMEL，由于存在著提前終止密碼子導致這些基因變成了假基因。在鯨類中，與毛發形成相關的角蛋白基因家族發生了顯著的收縮，而與水生生活相適應的一些 Hox家族在進化的過程中受到了正向選擇。

　　對于本研究，華大基因該項目負責人光宣敏指出：“小須鯨全基因組圖譜是首個經高深度測序完成的海洋哺乳動物基因組圖譜。本研究所得的數據不僅僅對于鯨類這一生物的海洋適應性的研究工作具有重要意義，同時也為將來整個海洋哺乳動物的疾病預防與控制，物種保護等工作提供了寶貴資源。”