近日，中国科学院海洋研究所海藻化学与海洋药物研究组在海带驯化适应及生态物种形成方面取得系列新进展。研究团队整合全基因组重测序、表型数据、褐藻胶含量分析、同质园培养及温度处理转录组等多维数据，系统追踪了海带近百年驯化过程中留下的多组学印记，揭示了历史遗传混杂与自然选择下适应性分化是生态种形成的主要驱动力。相关成果分别发表于国际期刊Journal of Advanced Research和BMC Genomics。

海带是西北太平洋冷温带沿岸重要的经济褐藻，也是首个被驯化的海洋植物。20世纪20年代，海带从日本引入到中国沿岸，经历数十年科研攻关实现了大规模人工养殖，在60年代掀起了中国第一次海水养殖浪潮（图1）。在近百年的驯化过程中，野生海带适应了从冷到暖的多样化环境，其在叶片长度、宽度、抗逆性、褐藻胶含量等性状上发生了显著变化，但驱动这些适应性变化的组学机制尚不明确。在全球气候变暖和养殖环境持续变化的背景下，揭示这一过程的遗传基础，不仅有助于理解海洋作物快速驯化的演化机制，也对海带遗传改良和资源保护具有重要意义。

图1 海带的引种驯化及其生活史

研究团队构建了野生海带孢子体高质量染色体水平参考基因组，并对133份海带材料进行了全基因组重测序，包括日本和俄罗斯的27份野生材料及中国辽宁、山东和福建的106份栽培品种，结合表型数据测量、藻胶含量分析、同质园培养及温度处理实验等，系统揭示了近百年驯化与人工选育对我国养殖海带遗传变异、表型演化及代谢产物积累的影响。结果表明，在第一次驯化，即野生海带驯化为北方养殖品系的过程中，温度适应相关基因（如SjHSP70）和溶解氧浓度适应相关基因（如SjLACS5）受到了强选择（图2），其纯合子的频率在北方栽培品系中明显提高，温度处理转录组进一步显示，在升温条件下这些受选择基因表达升高。随着养殖海带进一步南移，第二次驯化的选择则更多集中于营养盐利用、脱落酸信号等环境适应过程，其中SjLACS4.1等基因表现出明显选择信号。总体而言，第一次驯化经历了更强的选择压力，显示海带从原产地进入中国北方养殖环境时经历了更显著的遗传变化。研究还揭示了转座元件可能促进关键抗逆基因复制和基因簇扩张，提高基因组可塑性，为海带快速适应不同海洋环境提供潜在的遗传变异来源。

图2 野生海带驯化为北方栽培海带过程中关键受选择基因及其连锁群分布图

在叶片长、宽等经济性状方面，QTL定位筛选出Tic20和peptidaseS8/S53家族肽酶为相关候选基因，部分基因坐落在选择性清除区域内，北方品种中SjTic20与Sjpeptidase家族的表达节律较南方品种推迟约一个月。在褐藻胶合成方面，北方品种褐藻胶含量高于南方品种，其中3个褐藻胶合成的关键酶甘露糖醛酸C5异构酶（SjMC5E127、SjMC5E129和SjMC5E131）转录本的丰度与褐藻胶含量显著相关，提示这些基因可能参与不同驯化群体间褐藻胶积累差异的形成。

在解析中国海带驯化过程的基础上，研究团队进一步将视角拓展至原产地野生资源及近缘类群。针对我国海带养殖业面临的种质瓶颈，团队通过国际合作，系统解析了野生海带变种及近缘种的遗传多样性、种群结构和生态物种形成基础。研究表明，海带生态物种形成并非由持续自然杂交单一驱动，而是历史遗传混杂与自然选择下适应性分化共同作用的结果，为优异种质挖掘、后续引种、种质创新和资源保护提供了依据。

该研究由国内外多家单位共同完成，中国科学院海洋研究所为论文第一完成单位。王秀良副研究员、张杰副研究员、姚建亭副研究员、原子皓副研究员等共同参与了研究，段德麟研究员、张杰副研究员等为论文通讯作者。研究得到了国家自然科学基金面上项目、中国科学院全球共性挑战专项等项目的资助。

论文信息：

Xiuliang Wang#, Jie Zhang#,*, Jianting Yao#, Zihao Yuan#, Xiaoting Fu, Ye Tian, Fuli Liu, J. Mark Cock, Taizo Motomura, Nina G. Klochkova, Delin Duan*. Genome variations reveal rapid adaptation to domestication and habitat changes in the brown algae Saccharina japonica[J]. Journal of Advanced Research, 2026. DOI: 10.1016/j.jare.2026.02.038

Jie Zhang, Norishige Yotsukura, Sang-Yun Han, Alexander Jueterbock, Xiuliang Wang, Dmitry A. Galanin, Anna V. Klimova, Hwan Su Yoon*, Delin Duan*. Genomic resequencing provides new insights into ecological diversification of four Saccharina japonica varieties[J]. BMC Genomics, 2026, 27(1): 323. DOI: 10.1186/s12864-026-12642-w