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《Nature | 家族水平基因组揭示了鸟类演化的复杂性》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-04-06

  • 2024年4月2日，浙江大学生命演化研究中心张国捷教授组织的国际万种鸟类基因组研究计划在在Nature 在线发表题为Complexity of avian evolution revealed by family-level genomes的研究论文。

    该研究覆盖了92%的现生鸟科代表物种，利用全基因组数据重新构建了现生鸟类系统发育树，建立了一套新的鸟类分类划分方案，改变了过去对鸟类演化历史的认识。

    该研究利用基因间区数据集重构鸟类系统发育关系，将包含了约95%现生鸟类物种的新鸟类被重新梳理为四个主要的演化分支，分别是奇迹鸟类（火烈鸟总目）、鸽鸨类、陆鸟类和元素鸟类。其中 “元素鸟类”是本研究中新确定的类群，包含了麝雉目、夜鹰目、鹤形目等类群。新的鸟类生命之树解决了主要代表鸟类类群一直悬而未决的演化地位问题。研究对鸟类系统发育树进行了更精准的推断，也为新鸟类在白垩纪末大灭绝事件之后发生物种大爆发的假说提供证据支持。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07323-1
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    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-07-24
    • 中国科学院海洋研究所陈楠生课题组成功构建海洋优势浮游植物玛氏骨条藻（Skeletonema marinoi）染色体水平基因组，并揭示其捕光色素和光受体基因家族显著扩张，为解析玛氏骨条藻全球的生态适应提供了新思路。这项成果近期发表在学术期刊Science of The Total Environment上。 骨条藻属（Skeletonema）是我国近海的优势浮游植物，也是海洋生态系统中的重要初级生产者，驱动海洋食物网和生物地球循环。多种骨条藻物种可引发赤潮，危害海洋生态环境。分子生物学技术的应用揭示骨条藻属物种具有很高的多样性，包括22种骨条藻物种（AlgaeBase），宏条形码分析发现我国近岸海域存在多个骨条藻物种。针对胶州湾海域浮游植物群落的宏条形码分析发现，玛氏骨条藻是胶州湾海域的优势物种，在冬春季节的相对丰度尤其高。因此，科研人员选择玛氏骨条藻为模式生物，从基因组入手探讨其生理及生态适应机理。 团队利用高通量测序（包括Illumina测序和PacBio测序）和Hi-C辅助组装技术完成了对玛氏骨条藻CNS00100株系的全基因组测序和组装，成功构建了骨条藻属第一个染色体水平的高质量基因组。玛氏骨条藻基因组全长为64.99Mb，包括24条染色体。研究发现玛氏骨条藻的基因组内具有较多大片段重复，表明该藻基因组内发生了基因组重复，导致其基因组远远大于近缘物种伪矮海链藻的基因组（34.5Mb）。 光是光合生物的能量来源，将来自太阳的光能转化为储存在有机化合物中的化学能，是食物链的基础。此外，光也是生物体从环境中获取关键信息的最重要信号之一，是生物适应环境的重要因素。比较基因组发现，玛氏骨条藻基因组内光吸收相关的基因组家族得到了显著扩张，比如光捕获基因硅藻岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白、光受体基因aureochromes和隐花色素（cryptochrome）。显著扩张的光相关基因家族为探讨玛氏骨条藻全球生态适应提供了重要研究思路。高质量玛氏骨条藻基因组的成功构建为解析这一优势沿岸硅藻的生态适应和进化特征提供了理论基础。 文章第一作者是中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室特别研究助理刘淑雅博士，通讯作者是陈楠生研究员，徐青博士为共同作者。研究得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委面上基金和青年基金等项目资助。 　　  相关文章及链接： Liu S, Xu Q, Chen N*. Expansion of photoreception-related gene families may drive ecological adaptation of the dominant diatom species Skeletonema marinoi. Science of The Total Environment.2023 (in press). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165384 Liu S#, Wang Y#, Xu Q, Zhang M, Chen N*. Comparative analysis of full-length mitochondrial genomes of five Skeletonema species reveals conserved genome organization and recent speciation. BMC Genomics. 2021. 22: 746. https://doi.org/10.1186/s12864-021-07999-z. Liu S, Xu Q, Liu K, Zhao Y, Chen N*. Chloroplast Genomes for Five Skeletonema Species: Comparative and Phylogenetic Analysis. Frontiers in Plant Science. 2021. 12: https://doi.org/10.3389/fpls.2021.774617. Liu S, Gibson K, Cui Z, Chen Y, Sun X, Chen N*. Metabarcoding analysis of harmful algal species in Jiaozhou Bay. Harmful Algae. 2020. 101772. https://doi.org/10.1016/j.hal.2020.101772. Liu S, Cui Z, Zhang Y, Chen N*. Composition and spatial-temporal dynamics of phytoplankton community shaped by environmental selection and interactions in the Jiaozhou Bay. Water Research. 2022. 118488. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118488. 刘淑雅，陈楠生*. 胶州湾海域浮游植物和赤潮物种的生物多样性研究进展. 海洋科学，2021. https://doi.org/10.11759/hykx20201021003.
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  • 《8篇Science（国内4篇）聚焦灵长类基因组——揭示灵长类动物演化之谜》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2023-07-11
    • 人类是灵长类动物之一。因为我们会写诗，会操控复杂工具，所以我们和其他大型灵长类动物包括黑猩猩、大猩猩、狒狒以及红毛猩猩等，非常不同。因此探究灵长类动物的基因组、起源和社会演化过程将极大帮助我们了解人类自己。 2023年6月1日，以我国科学家组织的灵长类基因组计划发布了阶段性成果，在灵长类演化研究上取得重大进展，并回答了与该类群有关的一系列问题。其主要成果以研究专刊的形式在Science发表4篇论文，同期还发表了作为该计划扩展的国际灵长类研究联盟的4篇论文。同时该项目有另外3篇卫星论文同日发表于Science Advances、Nature Ecology & Evolution等期刊。 该计划由浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授团队、昆明动物所吴东东研究员团队、西北大学齐晓光教授团队、云南大学于黎研究员团队、西北大学李保国教授团队、四川大学生命科学学院刘健全团队等联合国内外多个研究中心组成联盟，通过多学科交叉技术手段对灵长类基因组展开比较研究，研究人类在内的灵长类物种的起源和分化过程、灵长类社会行为和社会组织的起源、以及大脑等各种生理特征的演化和遗传基础。 该计划的旗舰论文，题为：Phylogenomic analyses provide insights into primate evolution。通过分析基因组数据和化石时间数据，研究人员推断出了灵长动物各主要类群的演化时间，并推断出所有灵长类的最近共同祖先出现在大约6829万到6495万年前，距离6550万年前的白垩纪末期大灭绝事件非常近，大致位于白垩纪的界限附近。这意味着灵长类动物的演化可能受到了物种大灭绝事件的影响。研究还发现，从灵长类的祖先到人，灵长类的相对脑容量在四个关键的演化节点显著增大并有与之对应的基因演化，在猩猩等大猿物种出现之后，这种趋势变得尤其突出，并在人类中达到了顶峰，这使得人类不仅拥有了灵长类中最大的脑容量，还拥有折叠程度最为复杂的大脑皮层。此外，该计划的不同研究项目还分别揭示了灵长类前肢形态的形成以及猿类尾部的消失等现象的分子机制，重新解释了人类第8号染色体的起源问题，分析了灵长类Y染色体结构的演变历史，研究了灵长类特异的快速演化DNA序列等。 该计划由浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授团队、昆明动物所吴东东研究员团队、西北大学齐晓光教授团队、云南大学于黎研究员团队、西北大学李保国教授团队、四川大学生命科学学院刘健全团队等联合国内外多个研究中心组成联盟，通过多学科交叉技术手段对灵长类基因组展开比较研究，研究人类在内的灵长类物种的起源和分化过程、灵长类社会行为和社会组织的起源、以及大脑等各种生理特征的演化和遗传基础。 该计划的旗舰论文，题为：Phylogenomic analyses provide insights into primate evolution。通过分析基因组数据和化石时间数据，研究人员推断出了灵长动物各主要类群的演化时间，并推断出所有灵长类的最近共同祖先出现在大约6829万到6495万年前，距离6550万年前的白垩纪末期大灭绝事件非常近，大致位于白垩纪的界限附近。这意味着灵长类动物的演化可能受到了物种大灭绝事件的影响。研究还发现，从灵长类的祖先到人，灵长类的相对脑容量在四个关键的演化节点显著增大并有与之对应的基因演化，在猩猩等大猿物种出现之后，这种趋势变得尤其突出，并在人类中达到了顶峰，这使得人类不仅拥有了灵长类中最大的脑容量，还拥有折叠程度最为复杂的大脑皮层。此外，该计划的不同研究项目还分别揭示了灵长类前肢形态的形成以及猿类尾部的消失等现象的分子机制，重新解释了人类第8号染色体的起源问题，分析了灵长类Y染色体结构的演变历史，研究了灵长类特异的快速演化DNA序列等。 另一篇主要论文重建了金丝猴类的演化过程，题为：Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey，提出了黔金丝猴是由川金丝猴和滇金丝猴/怒江金丝猴共同祖先杂交后成为新的物种。无独有偶，在《科学进展》（Science Advances）发表的工作则发现猕猴类中的食蟹猴种组（包含3个物种）是狮尾猴种组的祖先与斯里兰卡种组的祖先杂交后形成的新物种类群。这是杂交成种现象在灵长类中首次发现，也表明跨物种杂交是灵长类新物种形成过程中的驱动力之一。 另一篇主要论文重建了金丝猴类的演化过程，题为：Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey，提出了黔金丝猴是由川金丝猴和滇金丝猴/怒江金丝猴共同祖先杂交后成为新的物种。无独有偶，在《科学进展》（Science Advances）发表的工作则发现猕猴类中的食蟹猴种组（包含3个物种）是狮尾猴种组的祖先与斯里兰卡种组的祖先杂交后形成的新物种类群。这是杂交成种现象在灵长类中首次发现，也表明跨物种杂交是灵长类新物种形成过程中的驱动力之一。 国际研究联盟则对来自233种灵长类动物的809个个体进行了基因组的重测序数据进行分析：A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species；Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons；The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates。基于基因组杂合性和连续性纯合片段长度的分析结果表明，基因组多样性与世界自然保护联盟划定的灭绝风险类别之间在整体上没有直接关联。也就是灵长类的遗传多样性与物种灭绝风险不完全匹配，遗传多样性并不能完全表征物种的濒危程度。 国际研究联盟则对来自233种灵长类动物的809个个体进行了基因组的重测序数据进行分析：A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species；Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons；The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates。基于基因组杂合性和连续性纯合片段长度的分析结果表明，基因组多样性与世界自然保护联盟划定的灭绝风险类别之间在整体上没有直接关联。也就是灵长类的遗传多样性与物种灭绝风险不完全匹配，遗传多样性并不能完全表征物种的濒危程度。 原文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7829 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6919 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4409 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4997 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8621 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8153 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8197 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo1131 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9507 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add3580
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