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怒江大鳍异鮡种群遗传及高原适应性分析
康京粮
Subtype博士
Thesis Advisor何舜平
2018
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Abstract大鳍异鮡(Creteuchiloglanis macropterus)隶属于硬骨鱼纲(Osteichthyes)、鲇形目(Siluriformes)、鮡科(Sisoridae)、异鮡属(Creteuchiloglanis),主要分布于怒江及伊洛瓦底江流域。异鮡属为高原鰋鮡鱼类(Glyptosternoid)的一种,拥有鰋鮡鱼类的共有形态特征(比如胸腹鳍水平展开和无胸附着器)和生活习性(利用扁平的胸腹鳍吸附于石子上,从而能够生活在湍急的水流中)。 生物对高原环境适应的遗传机制一直以来都是人们研究的热点话题,青藏高原平均海拔超过4000 m,具有典型的低氧、低温和强紫外线等恶劣的高原环境,生活在青藏高原及其周边地区的鰋鮡鱼类则可以作为我们研究鱼类高原适应的绝佳模板。通过研究海拔逐渐提升的环境下大鳍异鮡地理种群间的分化以及转录表达的差异,我们希望能够找出渐变环境中大鳍异鮡基因组产生的高原适应相关的遗传信号,为以后鱼类高原适应遗传机制的研究提供一定的参考。 在云南怒江下游的芒柳至西藏与云南交界的秋那桶范围内(海拔:815 - 2048千米,两采样点地理距离:72 - 328千米),我们一共采集了10个大鳍异鮡种群(196个样品)。我们保存了所有样品尾鳍的DNA样和部分样品组织(心、肝、脾、肾和脑)的RNA样。为研究大鳍异鮡随海拔变化的种群分化,我们构建了2b-RAD简化基因组测序文库,并扩增了线粒体的部分基因加以佐证及比较。为了研究大鳍异鮡高原环境适应的遗传机制,我们通过转录组测序去探索海拔环境渐变下地理种群的表达差异。 通过2b-RAD种群遗传分析我们发现,支流和干流种群间的分化是最明显,其次则是上游与下游支流种群之间的分化。通过对异常SNP位点基因区域的注释,支流与干流种群的399个SNP位点主要富集于大分子的代谢过程上的差异,而上支流和下支流种群的553个SNP位点主要体现在多细胞生物机体功能以及解剖结构发育等功能上的差异。这上支流和下支流两个类群的分化,可能跟基因组上某些高原适应相关的遗传区域的差异有关系。种群动态历史结果表明,在干流种群中,登梗(DG)和灯笼坝(DLB)种群在约为1.2 ~ 0.47 Ma发生了收缩,其他两个种群(匹河(PH)和六库(LK))则在 0.69 ~ 0.24 Ma发生了收缩,上下游支流种群在1.2 Ma都出现了收缩,处于中等海拔高度的支流种群,鹿马登(LMD)种群在约为1.8 Ma发生了收缩。大鳍异鮡的种群数量明显受到青藏高原隆起以及更新世晚期冰期的影响。 通过转录组的研究,我们发现大鳍异鮡进化速率要高于平原鱼类的黄颡鱼却要低于高海拔的黑斑原鮡,大鳍异鮡谱系中存在450个快速进化基因和233个正选择基因(其中198个相同的基因作为PAML分析得到的进化基因)。通过11个转录组基因表达的分析,我们发现海拔分布不同的大鳍异鮡,其基因表达上存在明显差异,我们在高海拔组织中发现220个高表达基因以及573共同差异表达基因。我们发现其中很多基因都涉及高原适应相关的功能通路,这些基因有可能在大鳍异鮡的高原适应过程中起到关键作用,最后我们发现了142个基因可能在大鳍异鮡中高原适应上起到重要的作用。 本研究结合线粒体DNA和RAD-seq,首次对怒江大鳍异鮡进行了种群遗传分析,在全基因组层面上估算了种群的遗传多样性,定位出了种群分化的基因组区域,并从中获取了跟高原环境适应相关的遗传信号。本研究基因组范围内获得的大量SNP位点使种群遗传分析更加精确细致,这可以为大鳍异鮡的保护提供更加科学的指导意见。同时也证明了RAD-seq在非模式物种适应性进化研究方面具有传统分子标记不可比拟的优势,得到的SNP也能够为之后高原鱼类的种群或者基因组研究提供一些参考。除此之外,我们还首次证实了大鳍异鮡种群可能受到了青藏高原隆升以及第四纪气候波动的影响。在转录组的研究中,我们则组装了首个较完整的大鳍异鮡转录组,我们比较了大鳍异鮡与高海拔的黑斑原鮡和低海拔的黄颡鱼进化速率之间的差异,筛选出了与高原适应相关的功能或通路上的基因。这些基因可能在大鳍异鮡高原适应过程中起到重要的作用,也许可以作为未来研究鱼类高原适应的参考。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/39045
Collection学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
康京粮. 怒江大鳍异鮡种群遗传及高原适应性分析[D]. 中国科学院水生生物研究所,2018.
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