日本品系宽鳍鱲染色体水平基因组组装：为比较基因组学与入侵生物学提供关键资源

《Scientific Data》：Chromosome-Level Genome Assembly of the Japanese Zacco platypus for Comparative Genomics

本研究针对日本品系宽鳍鱲（Zacco platypus）高质量基因组资源缺乏的问题，研究人员通过整合Nanopore长读长、Illumina短读长、Hi-C和RNA-seq数据，成功构建了染色体水平的基因组组装（JBHGZP000000000），BUSCO完整性达98.9%。研究证实台湾种群源自日本，并揭示了种群间染色体结构变异（如Chr8差异）。该基因组为比较基因组学、杂交机制和入侵遗传学研究提供了重要基础。

　　

在东亚的溪流中，生活着一种看似普通却极具生物学研究价值的淡水小鱼——宽鳍鱲（Zacco platypus）。这种隶属于^鱥科（Xenocyprididae）马口鱼族（Opsariichthyini）的鱼类，以其强大的环境适应能力和繁殖能力而闻名。更令人惊讶的是，它甚至能够与不同属的鱼类发生自然杂交，这种罕见的跨属杂交现象对理解物种形成和生殖隔离机制提出了重要科学问题。尽管宽鳍鱲的模式标本最早在日本描述，但令人遗憾的是，此前高质量基因组资源仅来源于中国和韩国种群，而作为模式产地的日本品系基因组数据一直处于空白状态。

20世纪80年代，宽鳍鱲被引入台湾并迅速建立稳定种群，成为当地最常见的入侵物种之一，对本土淡水鱼类群落和生态系统功能构成潜在威胁。在台湾和日本，宽鳍鱲均被观察到与当地马口鱼族物种（如^鳈属Nipponocypris和^马口鱼属Opsariichthys）发生自然杂交，这表明其具有高度的交配灵活性和不完全的生殖隔离特性。先前遗传学研究已揭示亚洲大陆与日本宽鳍鱲种群间存在显著差异，但缺乏日本品系的代表性基因组资源限制了对其起源、入侵机制和杂交潜力的深入解析。

为填补这一关键空白，由Jui-Hung Tai、Tzi-Yuan Wang和Hurng-Yi Wang等研究人员领导的研究团队在《Scientific Data》上发表了题为“Chromosome-Level Genome Assembly of the Japanese Zacco platypus for Comparative Genomics”的研究论文。他们通过对台湾种群（源自日本）进行染色体水平基因组组装，并对日本本土个体进行重测序，不仅提供了台湾种群日本起源的基因组证据，还构建了目前质量最高的宽鳍鱲基因组资源。

关键技术方法概述

研究人员采集了台湾基隆河和日本琵琶湖的宽鳍鱲样本，综合利用牛津纳米孔（Nanopore）长读长测序（产生43.05 Gb数据）、Illumina短读长测序（28.59 Gb）、Hi-C技术（38.23 Gb）和RNA测序（平均每组织7.5 Gb）数据。使用Flye进行初步组装，Polca进行抛光，再通过Juicer和3D-DNA流程利用Hi-C数据将contig锚定到染色体水平。通过BRAKER2结合同源比对和转录本证据进行基因注释，并使用BUSCO评估组装和注释完整性。

基因组组装与质量评估

研究首先通过21-mer分析估计基因组大小约为831 Mb。经过Flye组装和Polca抛光后，获得844.19 Mb的草图基因组，包含2,543个contig，contig N50为6.17 Mb。利用Hi-C数据将93.38%的组装序列锚定到24条染色体尺度scaffold上，最终基因组大小为847.09 Mb，scaffold N50提高至31.42 Mb。质量评估显示，短读长映射率达99.74%，BUSCO完整性高达98.9%（其中96.0%为单拷贝直系同源基因），显著高于已发表的中国（96.3%）和韩国（98.1%）种群基因组。

重复序列注释

通过整合de novo预测和同源比对方法，研究人员发现宽鳍鱲基因组中55.02%为重复序列。DNA转座子（DNA transposons）最为丰富（25.72%），其次为LTR（7.57%）、LINE（4.12%）和SINE（0.25%）。这一重复序列谱为理解该物种基因组进化提供了重要基础。

基因注释

研究团队采用BRAKER2流程，结合多种硬骨鱼类蛋白序列和眼、嗅叶、脑组织的转录组数据，预测出34,024个基因。经过功能注释筛选，最终保留27,249个具有功能证据的基因，平均每个基因含9.6个外显子。基因集的BUSCO完整性达96.6%，高于中国（91.4%）和韩国（89.4%）种群的注释结果，代表了目前最完整的宽鳍鱲基因注释。

比较基因组学分析

通过全基因组比对，研究人员发现台湾、中国和韩国种群间大部分染色体呈现共线性，但韩国个体的第8号染色体显示出独特结构，表明不同种群可能存在 distinct 的染色体架构。主成分分析（PCA）明确显示台湾与日本种群遗传关系最近，支持台湾种群源自日本的结论，同时揭示日本品系与大陆种群间的明显分化。

研究结论与意义

这项研究成功构建了日本品系宽鳍鱲的染色体水平基因组，其组装和注释质量均达到当前最高标准。基因组比较揭示了种群特异性染色体结构变异，遗传分析证实了台湾入侵种群的日本起源。该基因组资源填补了宽鳍鱲日本品系基因组数据的空白，为后续比较基因组学、种群遗传学、杂交与物种形成研究提供了关键基础。特别是对于理解宽鳍鱲的环境适应性、入侵成功机制以及跨属杂交能力背后的遗传基础具有重要意义。所有原始数据和组装结果已存入NCBI数据库，为科学界提供了宝贵的资源共享。

这项研究不仅为宽鳍鱲生物学研究提供了高质量基因组框架，也为入侵生物学和进化生物学研究建立了重要资源，对未来保护本土生物多样性和理解物种适应性进化具有深远影响。