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淡水超微真核藻全基因组测序首次完成

  超微型浮游藻类(粒径3μm)简称超微藻,广泛分布于海洋和淡水生态系统中,在水生生态系统尤其是微食物环中起着重要作用。它们具有更高的CO2固定效率,对水体初级生产力的贡献量可高达90%,并且其潜在的混合营养代谢功能对浮游细菌的种群具有重要调控作用。 Mychonastes homosphaera是长江中下游富营养化湖泊(巢湖,鄱阳湖)常见的优势超微真核藻,但其对富营养化湖泊的适应及进化机制尚未得到阐明。中国科学院南京地理与湖泊研究所史小丽研究团队基于流式细胞分选技术及划线分离法,成功获得Mychonastes homosphaera藻株,并对分离自典型富营养化湖泊巢湖的超微真核藻Mychonastes homosphaera进行PacBio三代测序,首次完成湖泊超微真核藻全基因组测序工作,揭示了Mychonastes homosphaera对富营养化湖泊的进化及适应机制。 

  1)团队利用PacBio三代测序技术对Mychonastes homosphaera全基因组进行测序,获得了5.8 Gb 有效序列,组装出了 Contig N50 2 Mb 24.23 Mb 基因组序列。基因组注释结果显示20.13%的序列为重复序列,蛋白编码基因6649个。 

  2)基因组相关代谢通路构建结果表明,Mychonastes homosphaera不仅有高效的营养及光能利用机制,还具有特有的低温适应机制,阐明了其在巢湖冬季优势的机理。 

  3)通过比较基因组学,分析了Mychonastes homosphaera和其他藻类基因组中油脂合成代谢途径基因的组成和拷贝数,解释了Mychonastes homosphaera高油脂含量的原因。而广泛的碳源选择、高效的光合速率和旺盛的生长速率,让Mychonastes homosphaera成为微藻能源生产的潜力藻种。 

  4Mychonastes homosphaera基因家族,基因间隔以及内含子数目的减少,揭示了藻类进化过程中“Genome streamlining”现象。 

  Mychonastes homosphaera基因组测序的完成,为藻类基因组学研究提供丰富的数据资源,有助于藻类适应和进化机制研究,进一步阐述超微藻在湖泊系统中扮演的生态角色。 

  相关研究成果以“Genome analyses provide insights into the evolution and adaptation of the eukaryotic Picophytoplankton Mychonastes homosphaera”为题发表在BMC GenomicsDOI: 10.1186/s12864-020-06891-6)。相关研究工作得到了国家自然科学基金项目资助。基因组信息存储于NCBI数据库中(BioProject numberPRJNA556117)。 

  论文链接:https://doi.org/10.1186/s12864-020-06891-6 

Fig 1 microscopic image of scanning electron microscope

Figure 2 Chloroplast and Mitochondrial genome of M.homosphaera 

 

Figure 3 Carbohydrate metabolism, nutrient transport and photoreceptors in Mychonastes homosphaera. 

Figure 4 Fatty acid biosynthesis pathways (a) and the TCA (glycerolipid) metabolism pathways (b) of Mychonastes homosphaera.