首个粗糙帽贝(Lottia scabra)高质量参考基因组揭示东北太平洋潮间带物种的适应性进化

本研究针对潮间带关键物种粗糙帽贝(Lottia scabra)的基因组适应性机制问题，通过PacBio HiFi长读长和Omni-C染色质空间构象技术，成功构建了包含10条染色体级支架、N50达5.33 Mb的高质量基因组（完整性96.4%）。该成果为解析加州过渡带(CTZ)环境梯度下的分子适应机制提供了关键资源，对海洋生物多样性保护具有重要启示。

　　

在东北太平洋潮间带的岩石表面，生活着一类被称为帽贝的奇特软体动物。其中粗糙帽贝(Lottia scabra)作为该区域的广食性物种，其分布范围从美国俄勒冈州中部一直延伸到墨西哥下加利福尼亚半岛，恰好跨越了著名的加州过渡带(California Transition Zone, CTZ)。这个过渡带是冷暖水生物群落交汇的生态前沿，环境因子如温度、pH值和盐度呈现剧烈梯度变化，造就了独特的生物多样性热点。然而，这种环境异质性如何驱动物种的适应性进化？为何有些物种能形成惊人的辐射演化（如太平洋岩鱼），而另一些却维持单型属状态？这些进化生态学的核心问题长期困扰着研究者。

以往对粗糙帽贝的研究发现，其线粒体细胞色素氧化酶I(mtCOI)数据显示出明显的遗传不连续性，暗示种群可能对环境梯度产生了适应性分化。更引人注目的是，该属物种表现出显著的生态位分化现象——例如粗糙帽贝偏好阳光直射的岩石表面，而其近缘种L. austrodigitalis则选择阴暗的垂直岩面。这种微生境的分化可能反映了不同物种对环境压力的适应策略差异，特别是热应激反应。然而，缺乏高质量的基因组资源严重限制了从分子层面解析这些现象的机制。

为突破这一瓶颈，由Nattanon Wutthituntisil和Carmen del R. Pedraza-Marrón领衔的研究团队在《Journal of Heredity》发表了首个粗糙帽贝的高质量参考基因组。研究人员从加州马林县麦克卢尔海滩采集标本，创新性地结合第三代PacBio HiFi长读长测序（覆盖度52.49X）和Dovetail Omni-C染色质构象捕获技术，构建了包含二倍体单倍型的基因组组装。通过HiFiasm软件进行单倍型分型，SALSA进行支架构建，并利用BUSCO和Merqury等工具进行严格质量评估。

基因组特征分析揭示了以下重要发现：

1. 1.

   基因组组装与质量：主单倍型组装(xgLotScab1)包含70个支架，总长414.08 Mb，支架N50达46.70 Mb。BUSCO评估显示其包含96.7%的后生动物保守基因，碱基质量值(QV)达65.03，证实了组装的完整性。k-mer频谱分析显示该物种具有较高杂合度(0.492%)，反映了种群的遗传多样性。

2. 2.

   染色体进化：通过Omni-C接触图谱和支架大小分布分析，结合近缘种核型数据，首次确定粗糙帽贝的染色体数为2n=20（含9条大染色体和1条小染色体）。这与Chapin和Robert(1980)对Lottia属其他物种的核型研究高度一致，支持了Patellogastropoda目中Lottiidae科染色体数从n=9到n=10的进化假说。

3. 3.

   比较基因组学：与已测序的近缘种相比，粗糙帽贝基因组(414 Mb)在连续性上显著优于早期Sanger测序的L. gigantea(L50=51)，与染色体级组装的Patella属(683-712 Mb)相比则更紧凑。这种基因组大小差异可能与不同潮间带生态位的适应策略有关。

4. 4.

   线粒体基因组：组装获得46,212 bp的完整线粒体基因组，包含13个蛋白编码基因和23个tRNA，为后续种群遗传研究提供了重要标记。

在讨论部分，作者强调了该基因组的双重科学价值：一方面为解析Lottia属物种在CTZ环境梯度下的适应性分化提供了分子工具，特别是热应激相关基因（如Hsp70家族）的鉴定；另一方面，染色体数目的确定为探讨Patellogastropoda的进化历史提供了新视角。研究者特别指出，随着气候变化加剧，潮间带生物面临日益严重的温度胁迫，该基因组将有助于预测物种的适应潜力，指导保护策略制定。

这项研究的技术创新体现在多组学方法的整合：通过HiFi长读长解决复杂区域的组装难题，Omni-C数据提升染色体水平连续性，结合k-mer分析准确估计基因组特征。标本采集严格遵循生态代表性原则，选择CTZ核心区的种群作为测序材料，确保数据的生态相关性。

该成果作为"加州保护基因组计划"(CCGP)的重要部分，不仅填补了潮间带关键物种的基因组空白，更建立了一个研究环境梯度下微进化过程的标准模型。未来通过比较基因组学和转录组学联用，可深入揭示粗糙帽贝在热应激、渗透调节等生理过程中的分子适应机制，为理解潮间带生态系统的脆弱性与恢复力提供理论基础。