大黄鱼端粒到端粒(T2T)无间隙基因组揭示金黄色体色进化机制

本研究针对大黄鱼(Larimichthys crocea)金黄色体色遗传机制不清的问题，构建了首个T2T无间隙基因组T2T-Larcro_1.0，通过比较基因组学鉴定出OPNVA、nNOS、RDH13等与体色进化相关的候选基因，发现皮肤中表达的VA视蛋白通过调控局部褪黑素合成参与体色昼夜变化，为鱼类体色进化机制提供了新见解，对大黄鱼遗传育种具有重要意义。

　　

在东海碧波之中，游弋着一种身披"黄金甲"的珍贵鱼种——大黄鱼(Larimichthys crocea)。这种石首鱼科的旗舰物种不仅以其鲜美的肉质征服了无数食客的味蕾，更因其独特的金黄色体色而被称为"海上黄金"。野生大黄鱼通体金黄，在市场上每公斤价格高达数千元，而养殖个体则体色苍白，价格相差悬殊。这种金黄色体色还展现出奇妙的昼夜变化规律：白天呈银白色，夜间则变为金黄色，犹如披上了神秘的"变色外衣"。

然而，这种美丽色泽背后的遗传密码却一直未被完全破解。尽管科学家们已经为大黄鱼构建了多个基因组版本，但这些组装都存在大量缺口和未锚定区域，限制了我们对金黄色体色形成机制的深入探索。更令人担忧的是，由于上世纪70-80年代的过度捕捞，野生大黄鱼资源已濒临枯竭，而养殖群体又面临着遗传多样性下降、抗病力减弱等问题。解析金黄色体色的遗传机制，不仅能够满足科学好奇心，更对大黄鱼种质资源保护和遗传改良具有重要实践意义。

为了揭开大黄鱼金黄色体色的进化奥秘，浙江海洋大学的研究团队在《Journal of Genetics and Genomics》上发表了最新研究成果。他们采用PacBio HiFi测序、超长牛津纳米孔(ONT)测序和高通量染色体构象捕获(Hi-C)技术，结合BGI短读长测序数据，对来自浙江岱衢洋的大黄鱼样本进行了全基因组测序和组装，并通过比较基因组学和转录组学分析，深入探究了与体色相关的遗传机制。

研究人员首先成功构建了大黄鱼的T2T无间隙基因组组装T2T-Larcro_1.0，总长度为716.87 Mb，contig N50达到31.75 Mb。与参考基因组L_crocea_2.0相比，新组装锚定了112.70 Mb先前未组装区域，发现了2368个新锚定基因。质量评估显示，该组装的BUSCO完整性达到99.31%，Merqury质量值(QV)为47.13，准确率超过99.997%，且在24条染色体两端均检测到端粒特征序列(AACCCT)_n，证实了组装的完整性。

在基因预测与注释方面，研究发现在T2T-Larcro_1.0组装中，重复序列约占基因组的25.76%，共预测到25,499个高可信度蛋白编码基因，其中99.51%的基因获得了功能注释。此外还预测了34,102个非编码RNA基因，包括2429个miRNA、7123个tRNA、23,445个rRNA和1105个snRNA。

通过比较基因组学分析7种石首鱼科物种，研究人员构建了可靠的系统发育树，发现大黄鱼与小黄鱼(L. polyactis)和棘头梅童鱼(C. lucidus)的分化时间约为1240万年前。基因家族扩张收缩分析显示，大黄鱼中有4025个基因家族发生扩张，459个发生收缩，这些基因主要富集在生长调控和细胞骨架动力学调节等GO术语，以及ErbB信号通路、长时程增强和昼夜节律等KEGG通路。

最为重要的是，通过正选择分析，研究团队成功鉴定出与金黄色体色进化相关的关键基因。当以四种黄色体色物种(大黄鱼、小黄鱼、棘头梅童鱼和白姑鱼)为前景物种时，发现了128个正选择基因(PSGs)；而以三种具有昼夜体色变化特性的物种(大黄鱼、小黄鱼和棘头梅童鱼)为前景物种时，则鉴定出611个PSGs。交叉分析确定了36个共享PSGs，其中18个显著富集于特定GO术语。

研究发现，OPNVA基因(编码脊椎动物古老视蛋白VA opsin)参与了视觉感知功能(GO:0007601)，在大黄鱼、小黄鱼和棘头梅童鱼中发现了6个进化氨基酸替代(7S、13E、113A、153T、170F、241P)。这些变异位于跨膜结构域等关键区域，可能影响蛋白质三维结构和功能。转录组分析进一步证实，VA opsin在大黄鱼腹部皮肤中表达，且白天表达量是夜间的两倍以上，同时检测到褪黑素受体(Mtnr1aa和Mtnr1c)和芳烷胺N-乙酰转移酶(AANAT)的表达，表明皮肤中存在局部褪黑素合成系统。

研究还发现多个与视觉功能和昼夜节律相关的KEGG通路(如ko00830视黄醇代谢、ko04711昼夜节律-果蝇、ko04713昼夜节律夹带)中存在正选择基因，包括CAPON、c-Fos、nNOS、HLF和RDH13等。以nNOS为例，在三种具有昼夜体色变化的物种中发现了10个氨基酸替代(302V、312N、322N、323A、324L、344D、378A、1299N、1361H、1368K)，这些变异主要位于nNOS氧合酶和一氧化氮合酶等功能域。

研究结论与讨论部分强调，本研究构建的高质量T2T无间隙基因组为大黄鱼的进化生物学和遗传育种研究提供了宝贵资源。通过比较基因组学分析，鉴定出OPNVA、nNOS和RDH13等多个与金黄色体色进化相关的候选基因。特别是发现VA opsin作为皮肤中的视网膜外光受体，通过调控局部褪黑素合成，参与体色昼夜变化的调控机制。

这些发现不仅揭示了大黄鱼金黄色体色进化的遗传基础，还为理解鱼类体色变化的进化机制提供了新视角。从应用角度而言，研究建议通过饲料中添加NOS抑制剂(如L-NAME或氨基胍)或类胡萝卜素来改善养殖大黄鱼的黄色体色，这为大黄鱼品质改良和种质创新提供了具体技术路径。该研究建立的基因组资源和发现的遗传机制，将推动大黄鱼乃至其他经济鱼类的遗传育种工作，对水产养殖业的可持续发展具有重要意义。