四指马鲅（Eleutheronema tetradactylum）属隶属于马鲅科，又被称作称海洋鲑鱼，是中国沿海水域重要的商业鱼类，以其文化意义和高营养价值而闻名。然而，在过去的十年中，过度的渔业开发和不断增长的人为捕捞压力导致了四指马鲅的急剧减少，现已被国际自然保护联盟（IUCN）列为濒危物种。目前，针对世界范围内四指马鲅的种群研究较少，无法对该物种的复杂种群适应性进行解析。因此，对四指马鲅开展更科学的资源调查及种群遗传学研究迫在眉睫。
近期，有学者在国际生物大分子期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上发表了题为“Chromosome-level genome and population genomics provide novel insights into adaptive divergence in allopatric Eleutheronema tetradactylum”的研究型文章。该文章基于MGI-seq、PacBio和Hi-C测序技术组装了高质量的染色体水平四指马鲅基因组，并利用从中国和泰国收集的11个养殖个体和50个野生个体的重测序数据，对四指马鲅开展了一系列种群遗传学研究。
研究思路
研究结果
1.四指马鲅基因组组装及注释
整合PacBio、MGI-Seq和Hi-C测序数据，首次完成了高质量的四指马鲅基因组染色体水平的组装。最终组装的基因组长度为582 Mb，contig和scaffold N50分别为18.2 Mb和23.87 Mb，显示出高度的连续性。这些contig被进一步组装到26条染色体上，挂载率为98.84%。BUSCO评估显示，有98.60%的单拷贝同源基因得到了注释，表明基因组和基因注释的完整性很高。四指马鲅基因组的重复序列含量相对较低，仅占基因组的23.39%。长末端重复序列（LTR）反转座子在重复元件中占主导地位，占整个基因组的11.07%。鉴定到的21,667个编码蛋白基因中，有98.45%的基因得到了功能注释。非编码RNA中，包括1756个tRNA、1086个rRNA、685个miRNA和445个snRNA。
2.全基因组测序和变异
对来自两个野生种群（中国湛江，n = 25，泰国芭提雅，n = 25）和一个商业养殖种群（中国中山，n = 11）的61份样本进行了测序，平均深度为11.2 X，基因组的覆盖率为98.3%。经过过滤，在所有样本中鉴定出约380万个SNPs。在三个种群中，约有179万个SNPs被共享，芭提雅、湛江和中山种群中分别有11,523、12,707和185,510个SNPs是独有的。野生种群中，湛江和芭提雅种群共享约350万个SNPs（占SNPs总数的98%），而野生种群和养殖种群共享约187万个SNPs。
3.种群遗传多样性、遗传结构及历史动态
对野生和养殖种群的核苷酸多样性（π）进行了估算。野生种群芭提雅（π = 1.71×10-3）和湛江（π = 1.74 × 10-3）的平均核苷酸多样性较高，且无显著差异。而核苷酸多样性最低的养殖种群中山（π = 1.33 × 10-3）由于受到长期的选择性育种，其核苷酸多样性与野生种群间有显著差异。
野生种群芭提雅与湛江间的平均Fst值为0.008，分化水平较低；而野生种群和养殖种群间存在显著的遗传分化（芭提雅vs中山，平均Fst = 0.152；湛江vs中山，平均Fst = 0.155）。系统发育关系分析、PCA和Admixture结果均表明，61份样本都聚类为两个地理结构支系（野生种群和养殖种群），且来自不同地点的野生样本间产生了明显的分离。
种群历史的重建对于了解四指马鲅种群动态背后可能的驱动因素至关重要。种群历史动态的分析结果显示，野生四指马鲅的有效种群大小在距今30 ka达到了峰值（8~10×104条），随后在24-28 ka出现普遍的种群收缩现象，与末次冰盛期的时间一致。经过间歇性的种群收缩后，野生种群的有效种群大小在距今约10 ka时仅略高于4×104个体。总体而言，野生种群的有效种群大小在近3万年间持续下降。而养殖种群在经历了约2-5万年的持续收缩后，在约1.6万年前经历了第二次种群扩张。
4.四指马鲅近期的近交和遗传负荷
评估濒危物种的遗传多样性对于了解分子进化基础以及这些问题对生物保护的影响尤为重要。该研究估算了每个个体的杂合度（He），芭提雅、湛江和中山种群的平均杂合度分别为0.255、0.259和0.204，显示出较低的杂合度。采用ROH估算种群的近交水平，芭提雅和湛江种群的平均ROH总长度分别为1689 Kb和2403 Kb，占基因组的0.30%和0.43%。中山种群的ROH长度和比例较高（83.7 Mb），占基因组的14.9%。ROH较长表明近亲繁殖发生在几十代之内。四指马鲅基因组中0.37%的ROH表明，一些基因组区域可能已经失去了变异性。芭提雅和湛江种群的平均近交系数（FROH）分别为0.06和0.05。然而，养殖的湛江种群近交系数平均值（FROH= 0.24）明显高于野生种群。这些结果表明，四指马鲅的遗传多样性大大降低，近亲繁殖增加，可能会进一步损害其进化遗传潜力。
接下来，该文章确定了近亲繁殖对四指马鲅有害突变景观的影响。计算了有害功能缺失突变（LOF）和错义突变的数量。芭提雅的遗传负荷与湛江种群相似（LOF为0.865vs0.867，错义突变为0.842vs0.841）。在芭提雅、湛江和中山种群中，分别有333、320和358个基因受到同源缺失LOF变异的影响，其中有241个基因在三个种群中共享。
5.四指马鲅的适应性分化特征
为了了解四指马鲅种群适应性进化的遗传机制，该文章比较了芭提雅和湛江种群的基因组，以确定适应性分化下的正选择特征。利用Fst和核苷酸多样性进行选择性扫描分析，分别在芭提雅和湛江种群中检测到了35个和36个windows，分别包含180个和218个候选基因。此外，芭提雅种群中有一些具有强烈选择信号的基因，它们在功能上与渗透调节（尿素转运体）、视觉（OPN5）和嗅觉系统（OR2T27、OR13C2、OR10AG1）有关。这些基因的自然选择可能是四指马鲅在东南亚泰国热带地区适应当地环境的基础。在湛江种群基因组的受选择区域中，还发现了一些与黑色素细胞和色素沉着相关的GO通路，如黑色素细胞凋亡过程（GO:1902362）、黑色素细胞分化（GO:0030318）和色素沉着（GO:0043473）等。这些基因可能解释了野生芭提雅和湛江的四指马鲅个体间颜色的差异，与其对不同水域环境的适应有关。
6.繁殖的影响
为了揭示人工选择性繁殖对濒危物种基因组的影响及其对未来保护的意义，该文章利用Fst和θπ（π野生/人工养殖）值对野生和养殖四指马鲅种群进行选择性扫描分析。结果在芭提雅/中山和湛江/中山的分析中分别发现了19个（1900Kb）和18个（共1750Kb）受选择的区域，分别包含91个和86个预测基因。维恩图显示三个种群共享73个候选基因，表明这些基因在人工育种过程中受到了强烈的选择。功能富集分析表明，不饱和脂肪酸的生物合成和脂肪酸伸长途径被显著富集。该结果表明，人工选育可影响四指马鲅的脂肪酸代谢。且ELOVL6L基因在养殖的中山种群中受到了强烈的选择。此外，在中山种群中发现了受到强烈选择的4条与免疫系统相关的KEGG通路（MAPK、p53、FoxO和NF-kB）。由于鱼类的高放养密度会增加疾病的爆发，先天免疫防御过程对鱼类来说是极其重要的。综上所述，人工选择性育种可能会影响四指马鲅的脂肪酸代谢和免疫调节，有助于四指马鲅最终适应选择性育种。
研究结果
该研究首次从头组装了一个高质量的染色体水平的四指马鲅基因组，并对11个养殖和50个野生四指马鲅的基因组进行了重测序。通过种群遗传学的研究，发现四指马鲅种群的低核苷酸多样性，表明其在自然环境中的适应潜力下降；野生和养殖种群间存在明显的遗传分化且种群规模在历史上总体呈下降趋势。选择性扫描分析结果表明，中国和泰国四指马鲅在生长发育、代谢和环境胁迫响应等方面存在广泛的适应性差异。此外，在中山种群中，还发现了许多与脂肪酸和免疫相关的基因在人工育种中受到强选择的影响，可能有助于最终适应人工选择育种。该研究揭示了四指马鲅种群的资源现状，探究了该物种的环境适应机制，有助于后续的人工选择性育种。
参考文献
Xiao J, Tsim KWK, Hajisamae S, Wang WX. Chromosome-level genome and population genomics provide novel insights into adaptive divergence in allopatric Eleutheronema tetradactylum. Int J Biol Macromol. 2023 Jul 31;244:125299. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.125299. Epub 2023 Jun 12. PMID: 37315663.
