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基于简化基因组和转录组技术的香螺种群遗传特征及环境适应机制研究

张旦旦  
【摘要】:香螺(Naptunea cumingii)是黄渤海、朝鲜及日本非常重要的海洋经济贝类,然而受到过度捕捞及全球气候变暖等因素的影响,中国沿海香螺资源正面临衰退的现状。本研究以分布于我国黄渤海6个海域香螺为研究对象,采用形态学比较法、简化基因组和转录组技术,在基因组水平上获得高密度SNP位点,通过群体基因组学分析方法,查明香螺种群遗传结构,掌握香螺遗传多样性水平,推测其环境适应性遗传变异格局,从新的角度解析香螺群体遗传结构。除分析群体遗传结构外,本地适应性也是近几年关注的重点。本地适应性指的是本地群体的一些特征,这些特征使他们比外来群体更好地适应当地环境。通过转录组测序技术,筛选与环境适应性相关基因,深度探究不同地理群体在转录组水平上的环境适应遗传机制。相关研究结果对于明确香螺遗传多样性水平和种质遗传背景,深入了解香螺环境适应的遗传学机制,具有重要的科学意义,对于香螺资源的恢复及管理具有重要的指导价值。主要研究结果如下:1.对6个不同地理群体180只香螺的可量性状进行了多元统计分析,主成分分析结果显示螺旋部高/壳高(A)、体螺层高/壳高(B)、壳口宽/壳高(C)累积贡献率达到94.210%。主成分分析和聚类分析均显示WH群体单独为一组。判别分析结果显示综合判别正确率为47.5%。单因子方差分析结果显示ZZ和WH、YT和WH、HS和WH、LS和WH、PL和WH、HS和LS及HS和LS之间均有8个显著性指标。结果表明,WH种群的形态特征不同于其他种群,这可能与纬度、水温或营养物质等因素有关。2.基于简化基因组测序技术(GBS)分析了采自黄渤海域6个自然地理群体的83个个体,经过质控过滤,共获得用于群体基因组学分析的离散位点(SNP)1992个。6个香螺群体的观测杂合度为0.1551~0.1612,期望杂合度为0.1064~0.1117,核苷酸多样性在0.1120~0.1241。ARLEQUIN计算Fst范围为-0.04683~-0.02041。AMOVA分析显示0.27%的遗传差异来源于群体间,100.80%的遗传差异来源于群体内。通过两种Fst值的筛选和一种与环境因子关联的方法共筛选了331个离散位点,功能注释显示这些离散位点所在的基因参与了细胞组成和生物过程,包括生长发育、细胞代谢和催化活性等,表明香螺的不同群体可检测到与本地适应性相关的信号。3.通过对春夏秋冬四季温度处理下的香螺鳃组织进行转录组测序分析,经过质控后发现,YT和ZZ群体冬季最多,分别为7.04G和6.92G。对基因进行GO注释,其中细胞过程、代谢过程、结合、催化活性基因数量最多。KEGG分析显示参与香螺免疫和应激的通路包括MAPK信号通路,TGF-beta信号通路,两组分系统,JAK-STAT信号通路,Fox O信号通路,NF-κB信号通路等通路。从差异表达分析可知:ZZ_Dvs ZZ_X的差异表达基因数量最多,上调基因为5461条,下调基因为4582条;ZZ_Qvs ZZ_X的差异表达基因数量最少,上调基因数为1735条,下调基因数为1775条。YT_Dvs YT_X的差异表达基因数量最多,为20909条,其中上调基因为9503条,下调基因为11406条;YT_Cvs YT_X的差异表达基因数量最少,为7842条,其中上调基因数为5160条,下调基因数为2682条。MAPK信号通路在ZZ群体中发现有FASL、PKA、MEKK1、MKK3、MP1、ERK和PPP3C等8个关键基因上调;在YT群体中有包括关键基因PKA、ERK和MEKK等11个关键基因上调。Toll信号通路在ZZ群体有包含TOLLIP,P13K和ERK等7个上调基因,在YT群体中有5个关键基因上调。随机挑选11条与免疫应激相关的差异表达基因进行q PT-PCR分析,显示被测基因的表达趋势与RNA-seq表达谱相似。


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