本研究的主要作者包括Huan Ye、Jiahui Fan、Yanling Hou、Huamei Yue、Rui Ruan、Shuang Li、Chongjiang Hu、Yong Xie和Chuangju Li。他们分别来自中国水产科学研究院长江水产研究所农业农村部淡水生物多样性保护重点实验室和重庆市水产科学研究所。该研究于2023年11月1日发表在《Frontiers in Genetics》期刊上。

该研究的学术背景是鱼类基因组学领域，特别是鲶形目（Siluriformes）鱼类的基因组研究。大鳍长须鲶（Hemibagrus macropterus）是中国西南地区一种重要的经济鱼类，具有雄性生长速度显著快于雌性的特点。尽管鲶形目鱼类在全球分布广泛且物种多样性高，但关于大鳍长须鲶的基因组资源非常有限，这限制了对其遗传特性的理解及育种计划的开发。因此，本研究旨在通过整合Illumina短读长、PacBio HiFi长读长和Hi-C数据，构建大鳍长须鲶的高质量染色体级别基因组，为研究其性别决定机制、遗传育种以及鲶形目鱼类的基因组和染色体进化提供宝贵的遗传资源。

研究流程包括以下几个主要步骤：首先，研究团队从长江武汉段采集了一条雄性大鳍长须鲶，提取了其肌肉组织的基因组DNA，并构建了Illumina短读长、PacBio HiFi长读长和Hi-C文库。随后，利用Illumina短读长数据评估了基因组的杂合度和大小，预测基因组大小约为873.7 Mb，杂合率为0.37%。接着，使用PacBio HiFi长读长数据进行初步组装，生成了691个contig，contig N50为5.8 Mb，覆盖了98.3%的基因组。然后，通过Hi-C技术将656个contig锚定到30条假染色体上，最终构建的染色体级别基因组大小为858.5 Mb，scaffold N50为28.4 Mb。此外，研究团队还进行了基因组注释，包括重复序列的预测、蛋白质编码基因的注释以及功能注释。最后，通过比较基因组学分析，研究了大鳍长须鲶与其他鲶形目鱼类的进化关系和染色体共线性。

在基因组组装和评估阶段，研究团队使用了多种生物信息学工具和算法。例如，使用Jellyfish进行k-mer频率分布分析，Hifiasm进行PacBio长读长的de novo组装，NextPolish进行基因组抛光，Bowtie2和HiC-Pro进行Hi-C数据的比对和验证，Lachesis进行假染色体的构建，以及Juicebox进行Hi-C热图的调整。这些工具和算法的使用确保了基因组组装的高质量和准确性。

在基因组注释阶段，研究团队结合了同源性、de novo和转录组数据预测了蛋白质编码基因。重复序列的注释使用了RepeatModeler和RepeatMasker，而功能注释则通过比对SwissProt和NCBI非冗余蛋白质数据库进行。最终，研究团队预测了大鳍长须鲶基因组中共有26,613个蛋白质编码基因，其中25,769个（96.8%）在多个数据库中进行了功能注释。

在进化分析中，研究团队基于3,105个单拷贝直系同源基因构建了大鳍长须鲶与其他16种鱼类的系统发育树。结果显示，大鳍长鲶与Hemibagrus wyckioides的亲缘关系最近，分化时间约为1630万年。此外，研究团队还比较了大鳍长须鲶与H. wyckioides和黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）的染色体共线性关系，发现大多数染色体之间存在一对一的关系，但部分染色体发生了断裂、分裂和倒位。

该研究的主要结论包括：成功构建了大鳍长须鲶的高质量染色体级别基因组，基因组大小为858.5 Mb，包含26,613个蛋白质编码基因，其中96.8%的功能得到了注释。进化分析揭示了大鳍长须鲶与H. wyckioides的亲缘关系最近，分化时间约为1630万年。染色体共线性分析表明，大鳍长须鲶与H. wyckioides和黄颡鱼之间大多数染色体存在一对一的关系，但部分染色体发生了结构变异。这些结果为研究大鳍长须鲶的性别决定机制、遗传育种以及鲶形目鱼类的基因组和染色体进化提供了重要的遗传资源。

本研究的科学价值在于首次构建了大鳍长须鲶的高质量染色体级别基因组，填补了该物种基因组资源的空白。这不仅有助于理解大鳍长须鲶的遗传特性和性别决定机制，还为鲶形目鱼类的基因组和染色体进化研究提供了新的视角。此外，该研究的应用价值在于为开发大鳍长须鲶的遗传育种计划提供了重要的遗传资源，有助于提高其养殖效率和经济效益。

本研究的亮点包括：首次构建了大鳍长须鲶的高质量染色体级别基因组；通过整合多种测序技术和生物信息学工具，确保了基因组组装的高质量和准确性；揭示了其与H. wyckioides的亲缘关系和染色体共线性；为鲶形目鱼类的基因组和染色体进化研究提供了新的遗传资源。这些成果不仅推动了鱼类基因组学领域的发展，还为水产养殖业的可持续发展提供了科学依据。

此外，研究团队还详细描述了实验材料的采集和处理过程，确保了实验的规范性和可重复性。所有实验均按照中国水产科学院长江水产研究所实验动物伦理审查委员会的指导方针进行，符合国际动物实验伦理标准。研究团队还公开了所有测序数据和基因组组装结果，供其他研究人员使用和验证，进一步提高了研究的透明度和可信度。

本研究通过构建大鳍长须鲶的高质量染色体级别基因组，为研究其遗传特性、性别决定机制以及鲶形目鱼类的基因组和染色体进化提供了宝贵的遗传资源。这些成果不仅具有重要的科学价值，还为水产养殖业的可持续发展提供了科学依据。