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为探究海带（Saccharina japonica）适应相对高温海水的机制，研究人员对海带雌雄配子体基因组进行测序分析。结果发现，南方海带配子体通过多种代谢途径适应高温，海带性别由 HMG - sex 决定，且性别与抗逆基因相关。该研究为海带遗传育种提供理论依据。
海带，这种常见的海洋藻类，在我国的海洋经济中扮演着重要角色。它不仅是人们餐桌上的美味佳肴，还广泛应用于动物饲料和工业原料领域，同时在海洋碳封存方面也发挥着积极作用。然而，随着全球气候的变化，海水温度逐渐升高，海带的生存面临着严峻挑战。从大连到福建，海带养殖期间的海水最低温度上升了 14℃，最高温度上升了 8℃，但目前海带适应相对高温海水的物理和遗传基础尚不清楚。此外，海带性别决定区域的相关特征也未被明确，且对海带配子体性别在应对相对高温海水时的差异反应研究较少。为了解决这些问题，中国海洋大学等多个研究机构的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《BMC Genomics》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是基因组测序技术，对海带雌雄配子体分别进行 SMRT 测序，构建短片段文库并在 Illumina 平台测序；其次是 Hi - C 技术，用于升级 contigs 为 scaffolds；再者是全基因组关联分析（GWAS）和转录组分析（RNA - seq），以挖掘与海带高温适应和性别决定相关的基因。
研究结果如下：
- 海带配子体基因组特征：成功组装出海带雌雄配子体基因组，其大小分别约为 516.3Mb 和 540.3Mb，且发现海带与 Nannochloropsis 的基因组更为相似。同时，鉴定出参与海带先天免疫的基因，且这些基因高度重复。
- 南方配子体对相对高温海水的驯化：当南方配子体从 18℃培养至 23℃时，整个先天免疫过程增强，合成葡萄糖 - 6P 等物质以维持细胞渗透压，转化氨基酸进入代谢核心节点消耗能量，从而适应高温。
- 南方配子体对相对高温海水的适应：南方配子体通过表达特定差异表达基因（DEGs），参与合成 N - glycan 和 sulphoquinovosyl diacylglycerol（SQDG）等物质，以适应相对高温海水。
- 支持南方配子体适应相对高温海水的遗传变化：GWAS 分析确定了 6,920 个 genic SNPs，定义了 80 个差异表达基因，主要参与氨基酸转化和先天免疫过程，表明这些基因发生了遗传变化，相关代谢途径具有适应性。
- 南方配子体性别间对相对高温海水的差异适应：转录组分析显示，北方雄性配子体通过上调 PEP - 丙酮酸 - 草酰乙酸节点，消耗更多能量，对相对高温海水的耐受性更强。
- 性染色体的鉴定和 SDR 边界的确定：确定海带 1 号染色体的部分区域为性别决定区域（SDR），位于 U 和 V 染色体上，且该区域基因重排率和性别偏向基因转录数较高。
- 海带的性别决定和 SDR 进化：海带和 Ectocarpus 的性别决定方式相似，都有 HMG - sex 作为主性别决定基因，但海带 SDR 的基因数量和类型与 Ectocarpus 存在差异，且一些与压力响应相关的基因在 SDR 中聚集，表明海带 SDR 正在进化。
研究结论和讨论部分指出，海带和 Ectocarpus 的性别决定机制相似但又处于不断进化中，性相关基因与压力耐受基因存在关联。同时，植物在应对压力时，生长和防御之间存在冲突，而海带尚未解决这一冲突。此外，通过与其他藻类基因组比较，有助于深入理解海带的高温耐受机制，且确定了一些可能控制海带耐高温性状的基因，但还需进一步验证。该研究为海带适应高温海水的机制提供了全面深入的见解，对海带的遗传育种和保护具有重要的理论指导意义，也为研究其他生物应对环境变化提供了参考。
