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来源：黄海水产研究所褐藻是沿海生态系统重要的初级生产者，在全球碳循环和生态系统平衡中发挥着不可或缺的作用，也是世界重要的经济物种。迄今为止，获得基因组解析的褐藻物种不足10个。有限的遗传信息严重制约了褐藻基础理论研究的深入与产业应用的推进。在这一背景下，国际研究计划Phaeoexplorer应运而生。该计划主要由法国国家基因组计划（France
Genomique）发起资助，法国Roscoff研究所的J. Mark
Cock博士牵头，联合12个国家的100多位学者共同探究褐藻复杂生命特征的演化历程。其中中国水产科学研究院黄海水产研究所叶乃好研究员为文章共同通讯作者之一，范晓副研究员参与该项研究。这是继去年该研究所发表Cell文章后，又一重要进展！11月20日，国际权威期刊《细胞》（Cell）发表题为“Evolutionary genomics of the
emergence of brown algae as key components of coastal ecosystems”的研究长文（article），首次公布了全球60种代表性褐藻的基因组数据，解析了褐藻的重要性状与生态多样性的演化历程，揭示褐藻对潮间带极端环境的适应机制。研究团队构建了涵盖褐藻门（Phaeophyceae）主要类群的基因组数据库，有效填补了多种褐藻基因组数据空白。通过对基因组数据的深入解析，研究团队发现新直系同源基因家族的获得、蛋白质结构域重排、水平基因转移事件，以及一系列与生存和适应密切相关的代谢途径的演化共同驱动了褐藻谱系的发生与分化，揭示了褐藻中海藻酸、卤素和多酚等代谢途径对褐藻适应性特征的塑造作用，阐释了褐藻基因组多样性与生活周期策略和配子鞭毛结构等诸多表型特征多样性分化之间的紧密联系。此外，研究发现广泛存在的病毒基因组插入事件丰富了褐藻的遗传多样性，是其适应性进化的驱动力之一。该项研究主要总结了关于褐藻作为沿海生态系统关键组成部分的演化基因组学研究，揭示了褐藻起源、多样化和在海洋森林形成中的基因组变化。
- 关键时期：褐藻早期出现期间经历了剧烈的基因组演化。
- 基因家族扩增：与褐藻多样化相关的基因家族扩增事件。
- 属间基因流动：在属水平上物种间存在广泛的基因流动。
- 水平基因转移：早期褐藻演化中，水平基因转移（HGT）是新基因获取速率增加的关键因素，约构成褐藻基因目录的1%。
- 复合基因：域融合与分裂（复合基因）在褐藻早期出现阶段普遍发生，对复杂多细胞性的出现或防御机制可能很重要。
- 关键代谢和信号通路：褐藻的成功至少部分归因于获取了多个关键代谢途径，特别是细胞壁多糖、酞菁和卤素代谢等。
- 生态系统服务：褐藻为基础的生态系统提供了重要的地球系统服务，包括每年全球范围内固定数百万吨的碳，与陆地森林相当。
- 多样性展示：通过Phaeoexplorer项目测序的基因组，展示了褐藻的多样性和关键物种在潮间的分布。
- 时间校准分支图：基于时间校准的分支图揭示了褐藻起源和早期出现的关键节点。
- 基因家族得失：基于Dollo简约性重建，展示了褐藻出现和多样化期间的基因家族得失。
- 基因家族扩增和减少：使用CAFE5分析，确定了褐藻进化史上基因家族扩增和减少的时机。
- 基因组变化：褐藻多样化和海洋森林的出现与影响代谢和信号通路的基因组变化相关。
- 关键基因家族：对一系列关键基因家族的大小变化进行了分析，包括与碳水化合物代谢相关的基因家族。
- 病毒插入：褐藻基因组中广泛存在病毒基因组的插入，包括Nucleocytoviricota（NCV）序列。
- 病毒区域分析：对插入褐藻基因组的病毒区域进行了注释和分析。
- 基因组演化的重要性：褐藻起源期间的显著基因组演化与多细胞复杂性的增加相关，可能由大气氧含量增加和草食性作用驱动。
- 代谢途径的获取：褐藻获得了对潮间和潮下环境殖民至关重要的多种代谢途径的关键成分。
总结：本文综合研究了褐藻作为沿海生态系统关键组成部分的演化基因组学，揭示了褐藻起源、多样化、海洋森林形成以及病毒对其基因组影响的基因组特征。这些发现为理解褐藻在地球生态系统中的作用和演化历程提供了重要见解。图3. 褐藻谱系出现过程中的基因家族进化和碳水化合物代谢。图5. 水云属(Ectocarpus)基因漂移的证据。•Ecocarpus水云属水平物种间广泛的基因转移•在褐藻中广泛插入不同的Phaeovirus基因组中国水产科学研究院黄海水产研究所叶乃好研究员为文章共同通讯作者之一，范晓副研究员参与该项研究。叶乃好研究员团队负责Phaeoexplorer计划的水平基因转移事件分析工作。近年来，团队创建了水平基因转移分析平台（HGTstart），解析了千例物种的水平基因转移事件。相关研究获得了海水养殖生物育种与可持续产出全国重点实验室、泰山学者计划和国家产业技术体系项目的联合资助。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.049为了不让您最关心的内容被湮没
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