摘要
大黄鱼（Larimichthyscrocea）是我国特有海水经济鱼类，也是我国海水养殖产量最高的鱼类，2018年我国大黄鱼年产量达到了19.8万吨，相关产业链的年产值超过了100亿元。然而，经过多年的人工繁育，大黄鱼种质资源退化严重，养殖群体普遍出现了个体小型化、品质下降、抗逆能力差等养殖性状衰退现象，尤其是大黄鱼对水体中溶解氧浓度变化非常敏感，低氧耐受能力差，养殖水体中溶解氧浓度一般要求在5mg/L以上。因此，提升大黄鱼基因组和染色体组组装质量，精准定位和克隆大黄鱼重要的性状基因，筛选与大黄鱼低氧耐受相关的功能基因，对于推进大黄鱼遗传改良工作具有重要意义。 本论文采用第三代单分子测序技术测定了25×大黄鱼基因组长片段数据，结合原有的563×高质量的二代短片段数据，重新组装了大黄鱼基因组。新版本的大黄鱼基因组组装大小为672Mb，contigN50和scaffoldN50分别为282.69kb和6.55Mb，和原版本的基因组组装相比分别提高了4.5倍和6.4倍，注释了26100个蛋白编码基因。基因组组装质量评估结果显示：99.88%短片段cleanread，248个高度保守基因和99.6%辐鳍鱼纲直系同源基因都能成功比对到新版本的大黄鱼基因组，表明新版本大黄鱼基因组和基因区的完整度都显著提高。通过比较基因组分析新鉴定了142个基因家族和68个扩张的基因家族，这68个扩张基因家族主要涉及嗅觉感受（OR2B11和OR4C5）、化学毒素清除（CYP2J2、CYP2J6和CYP2K1）、先天性免疫应答（MRC1、MRC2、CCL2、CCL3、CCL5和Hamp）等过程。最后，利用4778个单核苷酸多态性（SNP）重新构建了大黄鱼染色体图谱，染色体组的大小为604.4Mb，包含24条染色体序列，约占大黄鱼基因组总量的90%。在新版本的染色体组中定位了20个低氧相关功能基因，并成功地克隆了大黄鱼HIF-1α和VEGFA。这些研究结果为大黄鱼遗传改良和良种选育提供了重要的数据支撑。 为了探究大黄鱼应答低氧胁迫的分子特征，利用RNA-seq技术测定了正常和低氧诱导后大黄鱼脑、鳃、心脏、脾脏和肾脏组织的转录组，分别获得了8402个、1546个、2746个、2499个和3685个差异表达基因（变化倍数gt;2，FDRlt;0.001）。使用荧光定量PCR技术验证了一些重要功能基因的表达变化，得到的结果与转录组数据基本一致。功能分类结果显示：低氧诱导后，大黄鱼脑、鳃、心脏、脾脏和肾脏中注释差异表达基因数量最多的信号通路分别是“神经活性配体-受体相互作用”、“代谢通路”（P=0.0098）、“焦点粘连过程”（P=0.000008）、“轴突导向”（P=0.0120）和“代谢通路”（P=0.0014）。 深入分析发现，大黄鱼鳃、心脏、脾脏和肾脏中HIF-1α的表达量都显著升高，尤其是在低氧处理6h时，其表达水平在这4个组织中分别上调了2.46倍、2.49倍、4.51倍和2.66倍，同时HIF-1信号通路下游基因ABCG2、LDHA、VEGFA等表达水平也都有不同程度的上调，说明HIF-1信号通路在大黄鱼鳃、心脏、脾脏和肾脏中发挥重要的调控作用，调节组织和细胞内相关功能基因的表达，应对低氧胁迫。HIF-1α的表达水平在大黄鱼脑组织并未发生明显变化，而下丘脑-垂体-肾上腺轴和下丘脑-垂体-甲状腺轴相关基因的表达水平却显著上调，揭示神经-内分泌-免疫/代谢调控网络可能在大黄鱼脑应答低氧胁迫过程中发挥关键作用。 改变代谢方式是鱼类应对低氧胁迫的重要策略之一。低氧诱导后，糖酵解途径相关基因LDHA在大黄鱼鳃、心脏、脾脏和肾脏组织中都显著上调，FDA与GAPDH在大黄鱼脑、心脏、脾脏和肾脏中显著上调，HK1在心脏和脾脏中显著上调，PKM在脑和肾脏中显著上调；这些糖酵解途径相关基因的上调表达，说明低氧胁迫快速激活了大黄鱼体内厌氧ATP生成途径。三羧酸循环相关基因的表达模式在不同组织中略有差异，大黄鱼脑中三羧酸循环的关键酶基因PDC-E1、SCS和FH的表达量都显著下降，表明低氧胁迫显著地抑制了大黄鱼脑中三羧酸循环过程；然而，大黄鱼鳃、心脏和肾脏组织中三羧酸循环的两个关键酶基因（IDH2和OGDH），在低氧处理6h时表达水平都显著上调，说明大黄鱼鳃、心脏和肾脏中有氧代谢过程在低氧胁迫的早期，仍然维持在相对活跃的水平，可能是为了提供充足的能量维持这些器官的功能，如促进气体交换、血液循环等。 低氧胁迫还抑制了大黄鱼的多条先天性免疫通路、脑和肾脏内蛋白质合成过程、鳃中离子转运、脾脏和肾脏的细胞程序死亡等过程，揭示了鱼类应对低氧胁迫的能量节约策略。以上结果有助于深入了解鱼类应答低氧胁迫组织特异性的分子特征，同时筛选得到的低氧相关功能基因也为大黄鱼耐低氧品种选育提供数据基础。
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