造礁石珊瑚純凈基因組構建技術獲突破

近日，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）魏輔文院士團隊在珊瑚生物學研究方面取得重要進展，開發出珊瑚純凈基因組構建的新技術框架，克服了珊瑚基因組學研究中長期存在的復雜共生體污染問題，將助力珊瑚組學研究邁向新的高度。相關成果發表于《創新》（The Innovation）。

構建造礁石珊瑚純凈基因組的新技術框架。研究團隊供圖

研究團隊聚焦造礁石珊瑚體內普遍存在的共生蟲黃藻對基因組測序等組學研究帶來的內源性污染的難題，通過整合實驗優化與生物信息學分析手段，開發了針對性的技術框架，以利用珊瑚-蟲黃藻共生體構建珊瑚純凈基因組。

該技術框架首先利用化學脅迫誘導珊瑚白化、珊瑚細胞密度梯度離心、流式細胞分選等多種實驗方法獲得不含蟲黃藻污染的珊瑚細胞，并通過擴增子測序分析比較以上實驗處理前后獲得的珊瑚DNA樣本的污染情況。結果證實，未經實驗處理的珊瑚樣本提取的DNA僅有20-70%來自珊瑚，其余均為蟲黃藻等共生生物及其它寄生生物的污染，而采用該技術框架的三種實驗方法均可獲得純度高達99%的珊瑚DNA，較實驗處理前平均提升55%。

該團隊進一步對鹿角珊瑚物種的三個樣本進行了三代基因組測序，并開發了一套生物信息學流程，以確保在測序數據組裝過程中的高效識別和污染剔除。該生信流程將有參和無參的方法相結合，不僅利用已發表的海量數據準確識別污染序列，還借助序列特征聚類來輔助判別污染序列。由此，團隊成功構建了質量遠高于已發表基因組的珊瑚純凈基因組。

該技術框架的建立突破了現有珊瑚基因組測序工作中依賴配子細胞的材料、資源及物種限制，僅利用珊瑚礁中隨處可見的成體珊瑚即可獲取可靠的珊瑚基因組信息，為推動大規模珊瑚基因組測序項目提供了重要的技術支撐。

該成果為研究團隊在珊瑚生物學研究領域取得的系列進展之一。此前，該團隊還在《中國科學：生命科學》發表了題為“造礁石珊瑚演化發育生物學研究進展”的綜述文章，闡述了造礁石珊瑚中重要細胞類群、胚層和體軸、繁殖策略及其細胞內共生和生物礦化等關鍵性狀的演化起源和發育調控機制等研究方向的重要進展與空缺，并提出了造礁石珊瑚演化發育研究未來值得重點關注的研究方向。

珊瑚基因組學和演化發育生物學的進步可以為珊瑚及珊瑚礁生態系統保護開辟了新的路徑。高清晰的遺傳信息解析是珊瑚演化發育生物學研究的基礎，不僅可以幫助我們高效理解珊瑚生物多樣性及種群結構，解析珊瑚-蟲黃藻-微生物復雜功能共生體的維持機制，揭示珊瑚“白化”的分子調控機制，從而制定更加精確和有效的保護策略，助力全球變化背景下的珊瑚及珊瑚礁生態系統保護。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100643

https://doi.org/10.1360/SSV-2023-0163