摘要：在那儿，我会指着模样奇特的鲟鱼，神秘兮兮地跟他讲：“这种鱼可有两亿多年的历史咯，和你超爱的恐龙那可是同一个时代的‘老朋友’！”虽说随着孩子慢慢长大，看我的眼神里时不时多了几分嫌弃，但我可没忽悠他，这千真万确是事实。

不知道有没有人和我一样，每次家里的“小神兽”吵着要去海洋馆，我就带他直奔市场鱼档。

在那儿，我会指着模样奇特的鲟鱼，神秘兮兮地跟他讲：“这种鱼可有两亿多年的历史咯，和你超爱的恐龙那可是同一个时代的‘老朋友’！”虽说随着孩子慢慢长大，看我的眼神里时不时多了几分嫌弃，但我可没忽悠他，这千真万确是事实。

鲟鱼类、匙吻鲟类同属鲟形目，是鱼类家族里资格最老的“活化石”。它们熬过了漫长岁月，见证无数物种兴衰，却因为小小的鱼子酱，在人类的餐桌前遭遇生存危机，如今，多数鲟形目鱼类处境艰难，有的甚至濒临灭绝。

就拿咱们的国宝中华鲟来说，得重点强调一下，它可是国家一级保护动物，严禁捕捞、食用，要是它和大熊猫起了冲突，被“关起来”的大概率是大熊猫，这么打比方，就是想让大家印象深刻些。

市场上能见到的食用杂交鲟，是其他鲟鱼杂交的后代，常见的组合是达氏鲟和史氏鲟杂交。我得再跟小伙伴们唠叨几句，千万别被商家的标牌误导，中华鲟碰不得，市面上卖的是杂交鲟。

要想给中华鲟更周全的保护，就得先搞清楚它的来历，而这，基因组信息是关键。全基因组序列就像是生命的“密码本”，为生命科学的理论研究、技术突破提供最底层的数据支撑。

不过，基因组测序组装这事儿，难度随着倍性增加呈指数级攀升。和只有46条染色体的人类二倍体基因组相比，中华鲟的基因组有264条染色体，数量是人类的五六倍之多，而且近半数染色体是长度不到20兆的微染色体。

可想而知，中华鲟全基因组的测序、组装、注释，简直是难如登天。

好在，有这么一支科研团队，为了解开中华鲟的生命密码，用上了Illumina和Pacbio测序平台，搭配高通量染色体构象捕获测序技术，对人工诱导核发育繁殖的雄性中华鲟DNA展开测序。

一番攻坚克难，终于拿下高质量的中华鲟染色体级基因组组装成果。这可不简单，它是全球首个完成全基因组测序的八倍体鲟鱼基因组，也是首个八倍体脊椎动物基因组。

借助基因组数据深挖，团队揭开了中华鲟复杂的倍性成分，梳理出它倍性形成的过往。研究人员把中华鲟、小体鲟、史氏鲟这三种代表性鲟鱼的全基因组数据综合起来，全面评估全基因组加倍后延迟二倍化带来的种种影响，从全基因组视角，重新勾勒中华鲟的进化轨迹。

核型分析显示，中华鲟有264条染色体，差不多是鲟形目共同二倍体祖先60条染色体的4倍，由此推测它是八倍体物种。

为了进一步坐实这个结论，研究人员又对正常繁殖的中华鲟测序，用这些数据开展全基因组简单序列重复和单核苷酸多态性分析。

SSR分析发现，有的SSR单个位点最大等位基因数能到8个，意味着这个物种有8条同源染色体；SNP位点的候选等位基因频率与倍性分析显示，中华鲟的SNP频率曲线上冒出4个峰，是四倍体小体鲟的两倍，而且在1/8候选档位基因频率位置检测到首个峰，直指8N倍性，充分证明中华鲟的8个单倍体相似度极高，妥妥的八倍体特征。

研究人员还基于杂合Kmer做了倍性成分分析，结果显示中华鲟的倍性组成极为复杂，涵盖4种八架体Kmer、1种六架体Kmer、2种四架体Kmer和1种二架体Kmer，占比分别为41%、3%、52%和4%，高比例的8架体Kmer再次印证它典型的八倍体基因组特征。

再把中华鲟和北极茴鱼、小体鲳、紫花木须、鲤鱼这4种研究透彻的四倍体物种逐一对比，发现跟四倍体小体鲳相比，八倍体中华鲟像是多经历了一轮全基因组加倍，基因型出现重叠，倍性结构更丰富，像AAAAAA、AB、AAAAABBB和AAAB这类同源多倍化特征比例高达62%，坐实了它同源八倍体的身份。

研究人员想找找同源序列之间有没有特异性转座元件，以此确认是否存在一元多倍化过程，结果没发现显著特异的转座元件，排除了一元八倍体的可能性，最终确定中华鲟是经历了同源全基因组加倍的同源八倍体物种。话说回来，全基因组加倍在鱼类进化里并不罕见，也是多倍体形成的主因。

那中华鲟是怎么一步步变成同源八倍体的呢？先给大家通俗解释下全基因组加倍，就好比斗地主，不加倍输20个豆，一加倍就得输40个豆，全基因组加倍，就是一个生物体整个基因组里的所有基因，在同一时间集体复制，基因组规模瞬间加倍，这在物种进化历程里，可是能让遗传多样性、复杂性大幅跃升的关键事件。

颌口类和硬骨鱼起码经历过三轮全基因组加倍，大概6亿年前第一轮，七鳃鳗和有颌脊椎动物分化后，有颌脊椎动物迎来第二轮，随后硬骨鱼又有专属的第三轮，鲟形目也没落下，在大约2.1亿年前经历了自己特有的第三轮。

而中华鲟的祖先在约3500万年前，又来了一轮独特的全基因组加倍，这才成就了同源八倍体的中华鲟。鲟形目还有个特殊情况叫延迟二倍化，就是物种经历全基因组加倍后，隔个几十万年、上百万年，才慢慢开启二倍化进程。

中华鲟这边，前一轮加倍后的二倍化还没弄完，新一轮加倍又跟上了，导致倍性变得超级复杂。打个比方，中华鲟祖先的基因组好比两副扑克牌，加倍就相当于又加进去两副一样的牌，二倍化就是把相同的牌挑出来，变回两副。

延迟二倍化呢，就是加完牌等一会儿再挑，结果挑着挑着，牌有的破损、断裂，或是被做了标记，最后成了个超复杂的组合。

研究人员还发现个有意思的关联，全基因组加倍事件常常和剧烈的环境变动挂钩，像小行星撞击、氧气或二氧化碳浓度骤变、气温大幅波动这类。

地质史上几次厉害的小行星撞击时间，和鲟形目特异性全基因组加倍、中华鲟特异性全基因组加倍的发生时间，居然神奇地对上了。

我们推测，小行星撞击引发的极端气候、地质变化，干扰了中华鲟祖先的繁殖过程，催生两轮全基因组加倍。

这项研究里，科研人员完成了首个八倍体动物全基因组测序，把中华鲟的倍性组成、全基因组加倍的进化脉络摸得清清楚楚。

中华鲟基因组复杂化这件事，对它的生存繁衍是把双刃剑。一方面，多倍体化一般会让遗传多样性扩容，给物种攒下更多遗传“家底”，助其适应不同环境，提升存活几率，就像长颈鹿进化出长脖子、人类进化出手脑并用的本事一样。

但另一方面，对于濒危的中华鲟，基因组复杂无疑给保护工作添了不少堵，而且多倍体物种繁殖往往挑环境、挑配偶，就好比你得按丈母娘要求买到特定条件的房子，才能结婚生子，这么一来，中华鲟人工繁殖、种群恢复的成功率就受限了。

这些因素相互交织，左右着中华鲟应对环境变迁、人类活动压力时的适应力与生存前景。好在这次高质量的基因组研究成果，给鲟形目物种遗传进化、保护研究注入强心针，也给其他多倍体脊椎动物基因组研究提供重要参照。

看到这儿，大家应该能体会中华鲟全基因组测序组装的难度了，科研团队这相当于在动物基因组研究领域啃下一块超级硬骨头，完成一项壮举。

如今，多数人都明白生物多样性是地球生态的命门，关乎人类生存环境。但怎么又快又准守护这份多样，就得靠科研人员一个个解开基因密码。

大自然孕育出万千奇妙物种，在科研人员眼中，就是一个个等待攻克的未知“黑箱”。

这场科研马拉松要跑多久，没人能给出答案，但我坚信，他们绝不会半途而废。

文本来源@科普中国的视频内容

来源：贾老师说的不假