新基因的鉴定及其在黄鳝性逆转过程中的作用及分子机制

Emergence of new genes is of importance to drive species evolution. New genes play a key role in speaciation by establishment of reproductive modes. However, functions and molecular mechanisms of new genes in sex reversal are poorly understood. Using approaches of phylogenomics, structural and functional genomics, in combining with a variety of techniques of cell and molecular biology and bioinformatics, new genes in the swamp eel genome will be systematically characterized by comparative genomes and transcriptomes. Expression patterns, genomic structure and evolution of new genes will be analyzed. Evolutionary characteristics and scale of new genes, their production modes and mechanisms in the genome will be explored. Proteins encoded by new genes and their interactive proteins in gonads during sex reversal will be characterized. Then expressions, molecular pathways and regulations of these new genes during gonad reversal will be explored. Finally, the functional roles of key candidate new genes will be investigated by transgenics and gene knockouts. The study is of theoretical and practical significance, not only to enrich genetics theory of new genes, but also to contribute to our understanding of molecular mechanisms of reproductive development in vertebrates and development of new techniques for manipulating reproduction in fish species.

新基因的产生是推动物种演化的重要因素，通过参与和建立成功的生殖方式，在物种形成和延续中发挥着极其重要的作用。然而，目前我们对新基因在性逆转中的作用和分子机制的认知甚少。据此，本研究拟采用现代系统基因组学、结构和功能基因组学技术，结合多种分子细胞生物学和生物信息技术手段，通过比较基因组和转录组途径，系统性鉴定黄鳝基因组中产生的新基因；分析新基因的结构特征、表达模式及其演化关系；分析黄鳝基因组中新基因存在的规模、产生的方式及其分子机制；鉴定新基因编码蛋白及其互作蛋白，在性逆转过程性腺中的表达模式及其作用的分子通路；研究新基因在性腺分化中作用的分子机制；采用转基因和基因敲除技术分析候选关键新基因在性逆转过程中的功能。这些探索对于理解新基因的遗传学具有重要的理论意义。不仅有助于对脊椎动物生殖发育的分子机制做出新认识，而且对于利用生殖调控技术手段培育鱼类新品种也具有重要的实际意义。

项目的背景.新基因的产生是推动物种演化的重要因素。通过参与和建立成功的生殖方式，在物种形成和延续中发挥着极其重要的作用。然而，目前我们对新基因在性逆转中的作用和分子机制的认知甚少。本课题基于黄鳝基因组数据组装信息，开展了新基因的系统性探索。这些探索对于理解新基因的遗传学具有重要的理论意义。对于认识新基因在脊椎动物生殖发育中的作用也具有重要的科学意义。..主要研究内容.1. 鉴定复制型、逆转座和孤儿型三类新基因.2. 发现新基因调控细胞自噬的新通路及其生殖系稳态调控机制.3. 阐明卵睾体中雌性生殖系细胞降解的细胞命运机制.4. 解析卵睾体中精子发生缺陷的的分子机制..重要结果.1. 发现了有雄性偏好性的复制型、逆转座和孤儿型三类新基因.2. 阐明了新基因调控细胞自噬的新通路及其生殖系稳态调控机制.3. 解析了卵睾体中雌性生殖系细胞降解的细胞命运机制.4. 认识了卵睾体中精子发生缺陷的的分子机制. 以上研究成果发表了6篇 SCI论文，其中，一区4篇，二区2篇；另有1篇论文1篇论文在整理中，待发表。.Mol Biol Evol. 2021 (一区, IF=16.24); Trends Genet. 2021 (一区, IF=11.639); Trends Endocrinol. Metab. 2022 (一区, IF=12.015); Protein Cell 2019 (一区, IF=14.87); Cell Biosci. 2020 (二区, IF=7.133); Cell Death Dis. 2021 (二区，IF=8.469)。..关键数据及其科学意义.1. 新基因的鉴定对于物种形成及性逆转机制的理解提供了新资料；.2. 认识新基因在生殖发育中的作用在生物学上具有重要的科学意义。