****博士《PNAS》文章200个基因解析进化机制

　　

生物如何适应环境的改变是进化生物学的基本问题。陈良标课题组通过对适应极端寒冷环境的南极鱼与温带亲缘鱼之间转录组和基因组的比较揭示了鱼类为适应极端寒冷环境进行的系统性的变化。

 

研究结果发现近200个基因所参与的15个生物学过程在寒冷环境下显著高表达，尤以蛋白质折叠和降解，抗过氧化引起的细胞凋亡，卵壳形成，先天免疫，抗冻蛋白和转录系统的增强最为明显。

 

研究小组以基因芯片为基础的比较基因组杂交表明上述很多基因的高表达是通过大规模的基因扩增实现的，而这可能是鱼类适应永恒低温环境的一个重要和普遍的进化机制。有趣的是：南极稳定的低

温环境所导致的低代谢并没有使鱼类基因组中基因的含量降低，相反的是普遍扩增，特别是逆转录系统扩增了近300倍，提示在极端环境下繁衍了千万年的南极鱼类还保持着适应性进化的能力。本研究揭示了低温下鱼类适应性进化的一些基本规律，并有望对不耐寒物种的遗传改良提供基因和借鉴。相关成果发表在2008年9月的PNAS上。

 

原文检索：Transcriptomic and genomic evolution under constant cold in Antarctic notothenioid fish

Zuozhou Chen,C.-H. Christina Cheng,Junfang Zhang,Lixue Cao,Lei Chen,Longhai Zhou,Yudong Jin,Hua Ye,Cheng Deng,Zhonghua Dai,Qianghua Xu,Peng Hu,Shouhong Sun,Yu Shen,and Liangbiao Chen.

PNAS
DOI:10.1073/pnas.0802432105
【Abstract】
The antifreeze glycoprotein-fortified Antarctic notothenioid fishes comprise the predominant fish suborder in the isolated frigid Southern Ocean. Their ecological success undoubtedly entailed evolutionary acquisition of a full suite of cold-stable functions besides antifreeze protection. Prior studies of adaptive changes in these teleost fishes generally examined a single genotype or phenotype. We report here the genome-wide investigations of transcriptional and genomic changes associated with Antarctic notothenioid cold adaptation. We sequenced and characterized 33,560 ESTs from four tissues of the Antarctic notothenioid Dissostichus mawsoni and derived 3,114 nonredundant protein gene families and their expression profiles. Through comparative analyses of same-tissue transcriptome profiles of D. mawsoni and temperate/tropical teleost fishes, we identified 177 notothenioid protein families that were expressed many fold over the latter, indicating cold-related up-regulation. These up-regulated gene families operate in protein biosynthesis, protein folding and degradation, lipid metabolism, antioxidation, antiapoptosis, innate immunity, choriongenesis, and others, all of recognizable functional importance in mitigating stresses in freezing temperatures during notothenioid life histories. We further examined the genomic and evolutionary bases for this expressional up-regulation by comparative genomic hybridization of DNA from four pairs of Antarctic and basal non-Antarctic notothenioids to 10,700 D. mawsoni cDNA probes and discovered significant to astounding (3- to >300-fold, P < 0.05) Antarctic-specific duplications of 118 protein-coding genes, many of which correspond to the up-regulated gene families. Results of our integrative tripartite study strongly suggest that evolution under constant cold has resulted in dramatic genomic expansions of specific protein gene families, augmenting gene expression and gene functions contributing to physiological fitness of Antarctic notothenioids in freezing polar conditions.

 

【化基因组学简介】

进化基因组学是一门刚刚起步的新兴学科,在诞生以来的10余年里取得了巨大的进展.通过基因组数据的比较诠释基因功能、研究生物进化,和通过分析新基因起源研究基因组本身的进化是进化基因组学研究的两大主要内容.它的诞生在生物学各分支学科都产生了巨大的影响,今后必将在人类理解生命起源和发展的过程中发挥越来越重要的作用。

 

从目前的研究看来，进化基因组学的研究主要在两个方面上进行。一个是以进化生物学的手段注释基因组，或从基因组水平试图理解生物学功能和生命现象。第二个是依据基因组数据研究基因组自身的进化过程和规律。

 

陈良标

博士，中国科学院研究员，博士生导师.

 

　　 1988 年毕业于杭州大学生物系细胞生物学专业，1991年获中国科学院发育生物学研究所理学硕士学位，1993和1996年从美国University of Illinois at Urbana-Champaign 获生理学硕士和分子生理学博士学位，1997至1999年在美国National Institutes of Health做博士后研究，2000至2001年服务于美国生物信息公司Doubletwist Inc.，从事生物信息数据库工作, 2001年回国，于2004年6月入选中科院"****", 2006年获国家杰出青年基金。

 

　　陈良标博士领导的创新小组的主要研究方向是动物进化与环境基因组学，以及干细胞分化的机理。

 

　　一．极端环境下的基因组进化
　　生活在地球两极的鱼类在千万年的寒冷环境中进化出了许多新的基因和特殊的生理机制以适应寒冷的极地环境。我们的目标是揭示新基因起源的规律和鱼类对严寒适应的分子基础，在比较的基础上发掘耐寒关键基因和细胞传递低温信号的分子通路。

 

 

　　二．干细胞全能性及分化的分子基础
　　以胚胎干细胞的分化为体系，通过高通量的基因表达谱分析、体外诱导分化等技术，发掘控制细胞分化的基因和表观遗传因子

（生物通 综合）