基于图形泛基因组解析河鲀种群结构与迁徙性状的基因组学机制

本研究针对河鲀属(Takifugu)物种遗传多样性保护与生态适应机制的科学问题，通过构建包含7个物种的合成同源基因(syntelog-based)泛基因组和图形泛基因组(graph pan-genome)，揭示了16,100个核心基因与12,985个可变基因的存在-缺失变异(PAV)，鉴定出20,133,471个SNP和152,200个结构变异(SV)。研究发现ABCB9基因51-bp插入与迁徙行为显著相关，多组织转录组分析显示垂体特异性基因进化保守性最高。该研究为河鲀物种资源保护与分子育种提供了重要基因组学资源。

　　

河鲀作为具有重要经济价值和生态意义的鱼类，其独特的膨胀能力和河豚毒素(TTX)特性一直备受关注。然而近年来，过度捕捞和栖息地破坏导致多个河鲀物种濒临灭绝，如黄鳍东方鲀(Takifugu flavidus)被列为近危物种，而暗纹东方鲀(T. obscurus)等洄游型种群更面临严峻的生存挑战。尽管已有部分河鲀基因组被测序，但传统基于单一参考基因组的研究方法存在明显局限——无法全面反映物种内遗传多样性，特别是难以检测复杂的结构变异(SV)，这严重制约了对河鲀环境适应和表型分化机制的理解。

为解决这一科学难题，安徽师范大学生命科学学院的研究团队在《BMC Biology》发表了开创性研究。该研究整合7个染色体级别河鲀基因组（包括重新组装的T. snyderi等3个物种），首次构建了河鲀图形泛基因组，并通过对160个个体进行群体遗传分析，系统揭示了河鲀物种的基因组变异特征与生态适应机制。研究采用的关键技术包括：1) 基于NextDenovo和Pilon的多物种基因组重装与校正；2) 使用MiniGraph构建604Mb图形泛基因组；3) 应用SynPan算法鉴定28,085个合成同源基因群(SG)；4) 通过xpclr和Treemix分析选择信号与基因流；5) 整合13个组织的RNA-seq数据解析表达谱特征。

基因组重组与注释
研究团队首先对7个河鲀物种（基因组大小350-393Mb）进行标准化处理，以BUSCO完整性达96.7%的T. flavidus为参考框架，通过MAKER2整合de novo预测、RNA-seq和同源比对结果，获得19,918-21,067个高质量蛋白编码基因。转座元件(TE)分析显示各物种TE含量差异显著（34.3-52.9Mb），为后续变异分析奠定基础。

合成同源泛基因组特征
通过比较基因组学鉴定出28,085个SG，其中仅57.3%（16,100个）为所有物种共享的核心SG，而24.7%（6,949个）为物种特有SG。引人注目的是，可变SG的Ka/Ks值显著高于核心SG（p<0.01），表明其在环境适应中承受更强选择压力。功能富集显示核心SG主要参与自主神经系统发育等基础生命过程，而可变SG显著富集于谷胱甘肽代谢通路（含GST家族基因），这与河鲀TTX解毒机制密切相关。

图形泛基因组与变异图谱
以T. flavidus为骨架构建的图形泛基因组包含2,553,597个"气泡"结构，核心节点仅占43.4%（262.5Mb）。群体分析鉴定出20,133,471个SNP和152,200个SV，其中51.8%的SV位于基因区或调控区。特别值得注意的是，多等位变异占总SV的12.3%，这类复杂变异在传统线性参考基因组分析中极易被遗漏。

种群结构与基因流
基于SNP和SV的群体分析均将9个河鲀物种划分为4个进化枝，ADMIXTURE分析（K=4）显示T. bimaculatus与T. flavidus遗传组成高度相似。基因流分析揭示从双斑东方鲀(T. bimaculatus)到横纹东方鲀(T. oblongus)的定向基因渗入，ABBA/BABA检验进一步验证了这一现象（|D|>0.4）。

迁徙性状相关变异
比较长距离洄游(LDUM)和短距离季节性洄游(SDSM)群体，发现2,806个SV在等位基因频率上存在>0.5的差异。其中位于ABCB9基因（MHC区域）的51-bp插入在SDSM群体中频率达0.84，显著高于LDUM群体(0.25)。XP-CLR分析鉴定出1,542个受选择区域，包含38个钙信号通路基因如AQP4和TRPV4，这些基因在渗透压调节中发挥关键作用。

多组织表达图谱
13个组织的转录组分析揭示：1) 肝脏组织特异性指数(TAU)最高，其特异基因富集于解毒功能；2) 垂体核心基因比例最高(82.3%)，而脾脏最低(45.6%)；3) 免疫刺激实验鉴定出441个差异表达基因(DEG)，其中12个ECM-受体互作通路基因呈现丰富的可变剪切变异。

这项研究通过创新性地整合泛基因组学与群体遗传学方法，首次系统揭示了河鲀物种基因组结构变异的全貌及其生态适应意义。研究发现ABCB9等基因的结构变异与迁徙行为显著相关，为理解鱼类环境适应提供了新视角。构建的图形泛基因组资源将显著提升河鲀分子育种效率，尤其对濒危物种如暗纹东方鲀的保护具有重要应用价值。研究揭示的组织特异性基因进化模式，为后续比较功能基因组学研究建立了新范式。