图1 鸢乌贼

近日，中国水产科学研究院南海水产研究所院级“南海渔业资源调查与评估”创新团队联合西北工业大学等机构在揭示鸢乌贼基因组及其大洋性适应机制研究方面取得新进展，构建了鸢乌贼染色体水平基因组图谱，并对头足类的大洋生活的适应性机制进行了分子层面解析，为头足类动物的适应性进化和分子遗传学研究提供了重要信息，同时也为鸢乌贼种质的遗传评价和利用奠定了基础。

该研究成果论文以 “Genomes of Two Flying Squid Species Provide Novel Sights into Adaptations of Cephalopods to Pelagic Life” 为题在线发表在国际期刊Genomics, Proteomics & Bioinformatics（中科院一区）上。南海水产研究所李敏博士与西北工业大学武宝生博士为论文第一作者，南海水产研究所陈作志研究员与西北工业大学冯晨光博士为论文通讯作者，南海水产研究所为论文第一单位。

鸢乌贼（Purpleback flying squid）是已探明的我国最大宗的经济渔业资源。该物种主要分布于印度－太平洋暖水海域，生长速度快，资源量丰富，是我国南海外海渔业开发的主要捕捞对象。鸢乌贼生态类型丰富、适应能力强，具备适应大洋生活的一些如视力敏锐、行动敏捷等典型特征，是研究大洋性头足类适应进化及遗传机制的理想模型。

研究人员采用 PacBio、10 × Genomics、Hi-C技术，结合转录组测序，获得了鸢乌贼两个表型群即中型群（Sthenoteuthis oualaniensis）和微型群（Sthenoteuthis sp.）的高质量基因组，大小分别为 5450 和 5651 Mb。其中S. oualaniensis基因组的Contig N50 和Scaffold N50分别达到1.52 Mb和118.8 Mb，95.72% 的contigs被挂载到46对染色体上，是目前唯一组装到染色体水平的鱿鱼基因组。

在开阔的大洋环境中，敏锐的视力被认为是头足类“捕食—逃避被捕食”军备竞赛中不断进化的产物。S－晶状体蛋白是一种具备的折射特性的蛋白，在光线不足的情况下对良好的视力有很大的贡献。比较基因组分析显示，鸢乌贼基因组中S－晶状体蛋白基因家族普遍出现了扩张，其中SL20-1亚家族的扩张最为显著，而大多数仅在眼睛中高表达，表明该亚家族的扩张在鸢乌贼敏锐的视力的演化中发挥了重要作用。

鸢乌贼属于头足类柔鱼科中的“飞鱿”（Flying squid），这个类群的游动速度是水生无脊椎动物中最快的，甚至可以跳出水面在空中滑行。这种高度的敏捷性需要非常高的代谢水平提供支持。转录组分析发现鸢乌贼基因组中与能量代谢关联的基因如磷酸甘油酸激酶 1（糖酵解途径第一个产生ATP的酶）pgk1基因、IscS 基因（参与多种铁硫 (Fe-S) 蛋白的合成）、编码复合物 I （线粒体电子呼吸链驱动的 ATP 合成中起关键作用）的两个重要亚基ndufa6和ndufa7基因在所有取样的组织中都高度表达，受到了显著的正选择压力，表明这些基因很可能促进ATP合成，有利于鸢乌贼维持高代谢水平，从而实现高度的行为灵活性。

研究人员还发现新基因的产生和能量代谢基因的增加在鸢乌贼发光器的进化过程中发挥了关键的功能作用。此外，基于头足类系统发育分析，在基因组水平上鸢乌贼微型群Sthenoteuthis sp.和中型群S. oualaniensis的差异明显，分化时间相当长（约 4100万年前），证实了微型群Sthenoteuthis sp.应被视为一个独立的物种的结论。

该研究得到广东省基础与应用基础研究重大项目课题2019B030302004）、农业财政专项（NFZX2021）、南方海洋科学与工程广东省实验室 （广州） 人才团队引进重大专项 (GML2019ZD0605)等项目资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672022922001255

图2 两种鸢乌贼解剖图(左)和在软体动物中的系统发育位置(右)

图3 基因组组装和注释

图4 视力相关基因SL20-1亚家族(左)和能量代谢相关的正选择基因家族(右)