【摘 要】
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贝氏高原鳅(Triplophysa bleekeri)隶属高原鳅属(Triplophysa),广泛分布于在金沙江、长江、黄河等流域。相比于分布在青藏高原的其他高原鳅,贝氏高原鳅的海拔分布范围更低一些(200~3,000m)。有学者基于繁殖生物学的研究结果,提出了贝氏高原鳅还具有适应高原环境的祖先印迹(王志坚,2011)。那么贝氏高原鳅是否真的具有适应高原环境的遗传基础呢?带着这个问题,我们对贝氏高
【基金项目】
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农业农村部项目(17190414); 重庆市研究生科研创新项目(CYB19079);
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贝氏高原鳅(Triplophysa bleekeri)隶属高原鳅属(Triplophysa),广泛分布于在金沙江、长江、黄河等流域。相比于分布在青藏高原的其他高原鳅,贝氏高原鳅的海拔分布范围更低一些(200~3,000m)。有学者基于繁殖生物学的研究结果,提出了贝氏高原鳅还具有适应高原环境的祖先印迹(王志坚,2011)。那么贝氏高原鳅是否真的具有适应高原环境的遗传基础呢?带着这个问题,我们对贝氏高原鳅进行全基因组测序,从基因组层面来寻找答案。我们采用比较基因组学将贝氏高原鳅与现分布于较高海拔的西藏高原鳅(T.tibetana)(4,000~5,000m)和拟鲇高原鳅(T.siluroides)(3,000~4,000m)进行了比较分析,从基因组水平上探究贝氏高原鳅是否与其他两种高原鳅具有相似的高原适应特征。高原水体普遍具有低温的特性,高原鱼类都具有较强的低温适应性。鱼类对温度的适应性很大程度上是由遗传决定的。贝氏高原鳅能在冬季最冷的季节繁殖,这是贝氏高原鳅对低温适应的具象表现,也说明贝氏高原鳅具有适应低温的遗传基础。然而,贝氏高原鳅机体的生理功能和代谢过程是怎样体现对低温的适应的?为了探索这一问题,我们采用转录组学和脂质组学技术对贝氏高原鳅的低温耐受性展开了深入地研究。本研究的具体研究内容及主要结果如下:(1)贝氏高原鳅的全基因组测序。本研究使用Pac Bio测序技术对贝氏高原鳅的基因组进行测序,并结合Hi-C技术构建了染色体水平的基因组。组装的贝氏高原鳅基因组大小为628 Mb,Contig和Scaffold N50分别为3.1和22.9 Mb。基因组数据最终挂载到25条染色体上,挂载率为96.2%。在贝氏高原鳅基因组中共预测得到了21,198个编码基因,其中97.3%的编码基因获得功能注释。(2)贝氏高原鳅系统发育及种群历史动态分析。系统进化分析结果显示,贝氏高原鳅与西藏高原鳅、硬刺高原鳅(T.scleroptera)的亲缘关系最近。贝氏高原鳅大约于2,530万年与硬刺高原鳅和西昌高原鳅(T.xichangensis)的祖先分化开来。使用PSMC进行种群历史动态分析,结果显示贝氏高原鳅的祖先种群在60~70万年前达到峰值,但在这之后其种群大小急剧减少,推测贝氏高原鳅祖先种群大小受青藏高原后期加速隆升和第四纪冰期的影响。(3)贝氏高原鳅高原适应性的遗传基础。使用PAML软件的分枝-位点模型分别对贝氏高原鳅、西藏高原鳅和拟鲇高原鳅进行正选择分析。将分析得到的正选择基因进行KEGG和GO功能聚类,筛选三种高原鳅共同受到正选择的基因通路。研究结果显示,三种高原鳅共有的正选择基因主要富集在与高原适应相关的DNA损伤修复、甲状腺素合成等通路上,说明贝氏高原鳅具有与其他两种高原鳅相似的高原适应性的遗传基础,也提示了这三种高原鳅在演化过程中发生了适应性趋同演化。(4)贝氏高原鳅的低温耐受性研究。本研究设计了温度梯度试验,并结合转录组学和脂质组学对贝氏高原鳅的低温耐受机理进行了探究。研究结果显示,贝氏高原鳅的差异表达基因主要富集在脂质合成通路中;机体内的多不饱和脂肪酸及甘油磷脂的含量在低温组中发生了上调。以上结果提示低温使得贝氏高原鳅机体内的脂质合成增加。在低温组中,糖酵解途径中的关键限速酶的基因表达上调,说明低温使得贝氏高原鳅的糖酵解作用增强。除了能量代谢通路,贝氏高原鳅的差异表达基因还显著富集在与甲状腺素合成及先天免疫通路上,说明这些通路与贝氏高原鳅的低温耐受密切相关。综上,本研究成功获得了染色体水平的贝氏高原鳅基因组。基于基因组数据,我们进行了适应性演化分析,结果显示贝氏高原鳅与其他两种高原鳅一样均具有高原适应性的遗传基础。我们还对贝氏高原鳅的低温耐受性展开了研究,发现脂质代谢在低温抵抗中发挥着重要的作用。
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