2012年9月20日，由中国科学院海洋研究所、深圳华大基因研究院等单位合作完成的牡蛎对潮间带逆境适应的组学基础研究成果在国际顶级学术刊物《自然》（Nature）上以“文章”（article）的形式在线发表。该项目利用新一代测序技术和全新的组装策略，构建了牡蛎全基因组序列图谱，证实了牡蛎基因组序列具有极高的多态性、较高比例的重复序列和活跃的转座子。该项目还结合转录组、蛋白谱等最新组学技术，发现一系列与牡蛎抗逆能力相关的基因发生了明显扩张，这可能是牡蛎适应潮间带极端环境的主要分子基础，揭示了在逆境适应中发挥重要作用的贝壳的复杂形成机制。此成果的发表，标志着基于短序列的复杂基因组拼接和组装技术获得了重大突破，在国际上填补了牡蛎为代表的冠轮动物基因组和海洋生物极端环境适应机制研究的空白，这也是我国海洋生物研究及水产经济生物相关研究成果作为文章第一次登上《自然》杂志。

牡蛎隶属于动物界第二大门的软体动物门，拥有厚重的钙化贝壳，营固着、滤食性生活，对维护近海与河口生态系统的稳定发挥着重要的调控作用。牡蛎为世界性分布，是潮间带极端生境的代表种。牡蛎也是养殖产量最大的海洋动物，为重要的海洋蛋白源，与人类生活和健康息息相关，其中中国的产量占全世界的3/4。重要的生态意义、重大的经济价值和独到的生物学特性使牡蛎成为海洋生物学研究的重点，且逐渐发展成为海洋生物逆境适应机制研究的模式种。牡蛎基因组学研究，对于进一步理解以牡蛎为代表的潮间带海洋生物进化历程具有重要意义，同时对探索在海洋酸化日益严重的情况下，海洋生物对逆境的适应机制及开发利用海洋基因资源和生物矿化机制都具有重要的科学价值。

在本研究中，科研人员通过牡蛎的全基因组信息，不同器官、不同发育阶段和不同环境的转录组信息以及牡蛎外壳蛋白质谱分析，深入探究了牡蛎基因组的典型特征及其抗逆能力和外壳生物矿化机制。研究发现，牡蛎基因组大小约为559 Mb，包含约28,000个基因和大量重复序列，并具有高度多态性。正是由于高杂合和高相似性重复序列，使得广泛成功应用于许多动植物基因组研究的基于短序列的全基因组鸟枪法（Whole Genome Shotgun）不适用于牡蛎基因组，因此华大基因研究院的技术人员利用“分而治之”的思想，成功研发出一套基于短序列、针对高杂合、高重复基因组的Fosmid-pooling策略，基于这套策略，牡蛎基因组最终得以成功解读。

牡蛎生活在环境高度多变的潮间带，其环境温度、盐度在高潮与低潮之间，在冬天和夏天之间变化非常大，而牡蛎一般附着在浅海物体和礁石上，不能够通过主动移动来逃避不利环境的影响，所以必须有一套遗传机制使其对温度、盐度、露空、重金属和海区常见病原等具有很强的抵抗力。研究人员结合基因组和转录组信息，发现一系列与牡蛎强抗逆能力相关的基因发生了明显扩张，比如热激蛋白70基因（heat shock protein 70，HSP70）的大量扩增使得牡蛎能够在潮间带高达49 ℃甚至更高的温度下维持细胞内稳态平衡保持正常生存；凋亡抑制蛋白基因（inhibitors of apoptosis proteins，IAP）在基因组中的大量存在表明牡蛎可能具有复杂的抗凋亡系统，从而使其能够在离水露空等复杂多变的环境下长期生存。不同应激情况下的转录组数据分析表明，经过复制后保留下来旁系同源基因倾向于在应激条件下被激活，进一步表明抗性相关基因复制是牡蛎对应该适应和演化的一种重要分子机制。此外，研究人员还发现大量与免疫相关的基因在牡蛎消化道内高度表达，这表明牡蛎等滤食动物的消化系统是其对抗外界病原体的一道重要防线。

厚重的贝壳在牡蛎的逆境适应中是一道重要的物理屏障。目前，已有的贝壳生物矿化机制主要包括外套膜分泌模型和细胞模型，但研究者发现这两个模型还不够准确和完善。在外壳生物矿化形成机制的研究中，研究人员发现多种不同的蛋白参与了贝壳复杂的组装和修饰，其中涉及血细胞及外来体的参与，并且大部分贝壳蛋白是非分泌性蛋白，这表明贝壳的生物矿化机制远比当前人们的认识要复杂得多。他们发现牡蛎外壳中存在多种行使基质形成和修饰功能的蛋白，其中一些在细胞外基质（ECM）中存在的特征蛋白，如纤连蛋白、层黏连蛋白和一些胶原蛋白等在外套膜中高度表达，并在外壳中出现。与在ECM中一样，血细胞可能也在外壳基质中参与了纤连蛋白样纤维的组装。研究人员还在外壳蛋白中发现众多具有不同功能且分布在不同代谢途径中的蛋白质，其中包含一部分外来体蛋白，这从分子层面表明，细胞和外来体可能参与了外壳的形成。他们还发现许多具有调控作用的蛋白酶和蛋白酶抑制剂可在外套膜中高表达，并推测这可能与基质的形成、修饰和保护相关。此外，贝壳中还存在含量较多的青霉素结合蛋白（转肽酶的一种）和多个酪氨酸酶，研究人员推测这些蛋白可能也参与了贝壳有机框架的构建和成熟。

我国著名贝类学家张福绥院士指出：“该成果是国际贝类学研究的重大成果，提升了我国贝类及海洋生物学研究的水平，为贝类及其他水产物种的遗传改良奠定了重要的遗传学基础。”

华大基因该项目负责人方晓东表示：“牡蛎基因组的构建方法为高杂合、高重复基因组增加一个解决方案。该基因组的解读将为从全基因组层面研究软体动物门甚至冠轮动物超门的多样性、进化适应性机制、发育生物学甚至基因组辅助育种提供了一个新的起点。”