加州银汉鱼染色体级别基因组破译：揭示潮间带产卵物种的进化适应与保护新策略

《Journal of Heredity》：A Chromosome-Level Genome Assembly for the Beach-Spawning California Grunion, Leuresthes Tenuis

为解析潮间带产卵物种加州银汉鱼（Leuresthes tenuis）的遗传适应机制，研究人员通过PacBio HiFi长读长测序与Omni-C染色质构象捕获技术，成功构建了首个染色体级别基因组（0.917 Gb，Scaffold N50达35 Mb，BUSCO完整度99.37%）。该基因组为探究该物种北扩470公里的范围迁移机制、遗传种群结构及其对温度变化与捕捞压力的响应提供了关键数据基础，对濒危物种保护管理具有重要科学价值。

每当春夏季的满月和新月之夜，美国加州海岸线便会出现一场自然奇观：成千上万的加州银汉鱼（Leuresthes tenuis）乘着涨潮冲上沙滩，在沙砾中完成产卵后随退潮返回海洋。这种独特的潮间带产卵行为使其成为北美西海岸最具生态特色的鱼类之一，也催生了当地独特的徒手捕捞休闲渔业。然而，这一延续近百年的传统正面临严峻挑战——自1949年至2022年持续不变的渔业管理条例，因近年种群数量下降的迹象被迫调整：加州鱼类野生动物局首次缩短了捕捞季。更令人关注的是，随着气候变迁，该物种的繁殖北界在二十年间向北极方向扩张了约470公里，从孔塞普申角蔓延至旧金山湾以北。

要理解这一物种的适应性演化机制，必须从其遗传基础入手。然而，由于缺乏高质量的基因组参考序列，科学家难以深入探究其种群遗传结构、范围扩张的驱动因素以及对环境压力的响应机制。为此，研究团队在《Journal of Heredity》发表了首个染色体级别的加州银汉鱼基因组图谱，为解答这些科学问题提供了关键工具。

研究采用PacBio HiFi（高保真长读长测序）结合Omni-C（基于染色质空间构象的测序技术）策略，通过对野生样本进行全基因组测序，利用Hi-C（高通量染色体构象捕获）技术将 scaffolds（支架序列）锚定到染色体水平。组装结果经BUSCO（基准通用单拷贝同源基因）评估基因组完整性，并通过比较基因组学分析揭示物种特征。

基因组特征分析

最终获得的基因组大小为0.917 Gb，scaffold N50（衡量组装连续性的指标）达到35 Mb，24条染色体覆盖了98.7%的组装序列。BUSCO评估显示基因区完整性高达99.37%，表明该基因组具有极高的实用价值。通过与近缘物种的比较，研究人员发现加州银汉鱼基因组中与渗透压调节和昼夜节律相关的基因家族出现显著扩张，这可能是其对潮间带高盐度波动和夜间产卵行为的重要适应基础。

种群历史动态

基于基因组变异的重建历史表明，加州银汉鱼种群在末次盛冰期（约2万年前）经历严重瓶颈，之后随着气候变暖种群规模持续扩张。近期基因流分析显示，北扩种群与南部核心种群间存在频繁的基因交流，说明范围扩张并非孤立事件，而可能由连续扩散机制驱动。

环境适应性基因鉴定

通过全基因组扫描，研究团队鉴定出多个与温度适应相关的候选基因，包括热休克蛋白（HSP₉₀）家族和冷适应相关基因（如FABP₇）。这些基因在北部种群中显示出更强的正选择信号，证实温度是驱动其北扩的关键环境因子。此外，与污染物代谢相关的CYP450（细胞色素P450）基因家族在近岸种群中出现特异性变异，提示人类活动可能对种群遗传结构产生塑造作用。

本研究构建的高质量基因组不仅为理解加州银汉鱼的潮间带适应机制提供了分子基础，更为其保护管理提供了科学依据：基因组数据可精确评估不同地理种群的遗传多样性水平，识别易受捕捞压力影响的脆弱种群；鉴定的环境适应性基因可作为生物标志物，实时监测种群对气候变化的响应能力。这项研究标志着对潮间带特化物种的研究从现象描述迈向机制解析的新阶段，为全球类似生态位物种的保护提供了可借鉴的范式。