蝴蝶鱼染色体级基因组揭示独特的体色图案与形态特征

蝴蝶鱼（蝴蝶鱼科 Chaetodontidae）是珊瑚礁中极具代表性的居民，以其绚丽的体色和特化的颌部形态而闻名。我们于 2023 年 8 月 17 日发表在《DNA Research》上的最新研究，发布了长吻砧嘴鱼（Chelmon rostratus）的首个染色体级基因组组装序列，以及三带蝴蝶鱼（Chaetodon trifasciatus）、丝蝴蝶鱼（Chaetodon auriga）和二色刺尻鱼（Centropyge bicolor，属于近缘的盖刺鱼科）的基因组组装结果。这些基因组资源揭示了蝴蝶鱼独特色素沉着和形态适应背后的分子基础。

主要发现

• 高质量基因组组装： 长吻砧嘴鱼的基因组被组装至染色体水平，包含 24 条伪染色体，总大小为 638.70 Mb。该参考基因组的 BUSCO 完整性得分高达 97.3%，证明了其极高的组装质量。其余三种鱼类的基因组也均达到了高质量标准，为比较基因组学分析提供了全面资源。

• 新型色素基因——tyrp3： 我们的研究鉴定出了 tyrp3，这是一种仅存在于蝴蝶鱼和海葵鱼（小丑鱼）等珊瑚礁鱼类中的酪氨酸酶相关蛋白基因。该基因与色素多样性有关，可能代表了珊瑚礁鱼类演化出鲜艳色彩的一种特异性适应。它补充了此前已知的黑色素细胞特异性 tyr 基因（tyr1 和 tyr2），为鱼类色素沉着研究提供了新见解。

• 通过基因重复实现的形态特化： 在长吻砧嘴鱼中，我们观察到 nell1 基因的扩张（三次串联重复），该基因与颌部发育和骨骼形成相关。这种遗传适应很可能支撑了该物种独特的长而尖的颌部，使其能够采取特化的摄食策略，捕食珊瑚礁缝隙中的无脊椎动物。

这些发现为理解珊瑚礁鱼类关键性状的基因组基础提供了全新视角，并为鱼类体色和功能形态学的进一步研究奠定了基础。

研究感悟

鱼类基因组研究是华大基因青岛生命科学研究院的重要方向，由于 XinLab 的许多成员都在青岛，鱼类基因组学也因此成为了 XinLab 的核心研究领域之一。这项研究主要由我的学生张素玉（Zhang Suyu）领导完成，作为我们大规模多物种鱼类基因组计划的一部分，他在基因组数据分析方面做出了重要贡献。作为中国科学院大学的学生，素玉需要独立领导一个项目并以第一作者身份发表论文，这个项目也因此应运而生。

张苏妤对待该项目展现出了极高的专注度和责任感，勤奋地完成了生物信息学分析和数据挖掘工作。他的努力确保了这项研究的顺利完成和成功发表。这一成就不仅体现了我们实验室协作支持的精神，也展示了团队成员对基因组研究的严谨与热情。

结论

这项研究不仅丰富了蝴蝶鱼类的基因组资源，还揭示了驱动其绚丽色彩和特化形态的独特遗传特征。通过阐明这些进化适应机制，我们的研究为珊瑚礁鱼类基因组学领域增添了宝贵知识，并为理解鱼类色素沉着和观赏性状开辟了新途径。

研究全文可通过 DNA Research 在线访问。