染色体水平基因组组装揭示豹纹翼甲鲶入侵成功的遗传基础

本研究针对豹纹翼甲鲶（Pterygoplichthys pardalis）这一全球性入侵物种缺乏高质量基因组的现状，通过整合Illumina短读长、Nanopore长读长和Hi-C测序数据，成功构建了1.51Gb染色体水平基因组（ scaffold N50达49.47 Mb），注释发现64.47%为重复序列并预测23,859个蛋白编码基因（92.92%功能可注释）。该研究为解析其入侵适应性机制提供了关键分子资源，成果发表于《Scientific Data》。

　　

豹纹翼甲鲶作为亚马逊流域原生的吸口鲶鱼代表，凭借其惊人的环境适应能力已成为全球最具破坏力的入侵物种之一。这种鱼类不仅通过掘穴行为改变底栖生境、破坏渔业设施，更通过竞争食物资源和捕食本土鱼卵导致生态链崩溃。更令人担忧的是，它们能在低溶解氧、低温甚至干旱环境中存活——这些特性使其在污染或富营养化水域形成垄断性优势。然而，此前仅有线粒体基因组（NCBI Accession: NC_058365）和高度碎片化的核基因组草图（contig N50仅4.15 kb）可用，严重制约了对其入侵成功遗传机制的解析。

为突破这一瓶颈，来自空军军医大学口腔医院、西安医学院基础与转化医学研究所等机构的研究团队Wangxiao Xia、Hao Xu等通过多平台测序技术，首次构建了豹纹翼甲鲶染色体水平参考基因组。研究显示其基因组大小1.51Gb（与k-mer估计值1.48Gb高度吻合），通过BUSCO评估（98.8%完整度）和转录本比对验证（99.61%覆盖度）证实了组装的可靠性。特别值得注意的是，重复序列占比高达64.47%，其中DNA转座元件（33.15%）、LINEs（9.55%）和LTRs（5.17%）的扩张可能是基因组增大的主因。研究预测的23,859个蛋白编码基因中，87.7%通过metazoa_odb10基准评估，与斑马鱼等模式物种的基因结构特征具有可比性。该成果为理解豹纹翼甲鲶呼吸系统特化（如胃辅助呼吸）、极端环境耐受等入侵相关性状的分子基础提供了全新视角，相关数据已存储于Dryad（doi:10.5061/dryad.bk3j9kdgh）和GenBank（GCA_050231285.1）。

关键技术方法包括：（1）采用Nanopore PromethION 48平台获取218.07Gb长读长数据（平均23,709bp）；（2）结合146.15Gb Illumina短读长数据进行纠错；（3）利用149.24Gb Hi-C数据通过Juicer和3D de novo assembly将 scaffold锚定到26条染色体；（4）通过TRF、RepeatMasker多策略注释重复序列；（5）整合de novo、同源比对和转录组证据预测基因，使用InterPro、KEGG等数据库进行功能注释。

【Genome assembly】
通过NextDenovo初步组装后，经Pilon两次校正使QV值达31.59。Hi-C互作热图清晰显示26条染色体的空间构象，其中最大染色体Chr1达114.65Mb。与其它鲶鱼相比，豹纹翼甲鲶的 scaffold N50（49.47Mb）显著优于已知物种（如黄颡鱼38.47%重复序列占比），证实其基因组质量优势。

【Genome annotation】
转座元件分析揭示DNA元件（499.77Mb）的显著扩张，这可能通过基因组可塑性促进环境适应。Hox基因簇的完整保留（如图5所示）暗示其发育调控网络的保守性。

【Protein-coding genes】
基因结构分析显示平均外显子长度（如图6c）与模式物种相当，而内含子扩张（如图6d）可能与重复序列插入相关。功能注释发现92.92%基因在NR等数据库中找到同源序列，其中85.94%注释到SwissProt。

这项研究不仅填补了吸口鲶鱼类高质量基因组资源的空白，更建立了入侵生物学研究的关键分子平台。研究者特别指出，64.47%的重复序列占比可能通过促进基因组重组加速适应性进化，这为解释该物种在新生境中的快速扩张提供了新假说。未来可基于此基因组开展种群遗传学研究和比较基因组分析，为制定针对性防控策略提供理论依据。正如作者强调，该资源将推动"从分子层面理解入侵物种的成功机制"这一核心科学问题的解决。