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Sci.Rep:中科院动物所雷富民研究组等利用群体重测序揭示大山雀气候适应性机制

摘要 : 2015年9月25日,Nature出版集团旗下期刊《Scientific Reports》在线发表中国科学院动物研究所雷富民研究组与北京诺禾致源重测序事业部团队联合发表的一篇研究论文.

 2015年9月25日,Nature出版集团旗下期刊《Scientific Reports》在线发表中国科学院动物研究所雷富民研究组与北京诺禾致源重测序事业部团队联合发表的一篇研究论文,论文题为“Genetic responses to seasonal variation in altitudinal stress: whole-genome resequencing of great tit in eastern Himalayas”,

本文是继2013年合作完成地山雀基因组测序之后,中国科学院动物研究所研究人员与北京诺禾致源重测序事业部团队再次携手合作,研究通过对13个地区的32只大山雀进行全基因组重测序,解析了喜马拉雅山脉东部大山雀对随海拨变化的气候的适应机制。其中,中国科学院动物研究所屈延华研究员、诺禾致源田仕林为论文的共同第一作者,雷富民研究员为论文通讯作者。

研究背景

大山雀(Parus major)隶属于雀形目(Passeriformes)山雀科(Paridae)山雀属(Parus spilonotus)。在东亚,主要分布在低海拔地区,也有部分种群生活在喜马拉雅山脉东部的高海拔地区。有季节性迁徙习性,在海拔4000 m地区繁殖,在海拔2000 m地区越冬。本研究采用群体重测序技术,从基因组水平上揭示了喜马拉雅山脉东部大山雀的起源及对这种季节性的、随海拨高度变化的气候的适应性机制。

研究方法

基于Illumina HiSeq 2000 测序平台,对来自13个地区的32只大山雀进行全基因组重测序,其中,11只大山雀来自喜马拉雅山脉东部地区,11只来自中国中/东部地区,10只来自内蒙古和蒙古,测序深度5 X/样。以近缘物种地山雀(Pseudopodoces humilis)基因组作为参考基因组,对大山雀群体进行了遗传多样性、种群历史动态、选择消除等分析。

研究结果

1.大山雀的群体进化分析

群体遗传多样性分析表明,来自蒙古(MON)、东喜马拉雅山脉(EH)和中国中/东地区(CE)的大山雀各自聚为一类。EH和CE的亲缘关系较MON更近。大山雀和地山雀约在5.8-13.3百万年前发生了分化;0.7-2.8百万年前大山雀中分化出了MON分支;0.4-1.9百万年前EH和CE发生了分化。

2.大山雀种群历史动态分析

EH、CE和MON在0.3~0.4百万年前种群遭遇了瓶颈效应。CE在0.06百万年前有效群体大小迅速扩张,EH在同一时间开始扩张,但变化较平缓。而MON经历了一个漫长的瓶颈,一直持续到0.02百万年前,在末次盛冰期有效群体大小稍有增加。以上结果表明,EH种群动态受冰期气候影响小,这是由于东喜马拉雅山脉局部环境相对稳定,长期生活在该地区的大山雀发生了高海拔适应性进化。

3.大山雀对高海拔的适应机制

通过选择消除分析,在东喜马拉雅山脉大山雀检测到183个基因受到强选择,主要参与能量代谢过程和低氧反应。

(1)能量代谢基因进化

东喜马拉雅大山雀糖类代谢相关的基因发生了快速进化,包括氨基糖和核苷酸糖代谢(5个基因)和胰岛素信号途径(11个基因)。大山雀这种适应机制适合其在中、高海拔季节性迁徙的生活习性。

(2)低氧适应

低氧反应基因富集在MAPK信号通路,调节东喜马拉雅大山雀体内相关基因的表达来适应低氧环境。

(3)形态进化

东喜马拉雅大山雀骨骼发育相关的基因发生了快速进化,与分布在中国中/东低地区域的大山雀相比,体型更大,有利于保存热量。此外,体型大倾向于有较高的氧亲和力,这也是东喜马拉雅大山雀能够更好地调节体温适应高海拔的寒冷气候的一个原因。

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    图1 大山雀遗传多样性及分化时间                                 图2 调控低氧反应的受选择基因

诺禾致源群体进化相关文章

诺禾致源已发表的群体进化相关文章有2013年藏猪(Nature Genetics,IF29.648)、2014年巴克夏猪(Scientific reports,IF 5.078)、2014年金丝猴(Nature Genetics,IF29.648)文章等。公司近年来在各个领域发表多篇高水平文章,拥有专业的分析团队,可为相关科研工作者量身设计群体进化研究方案!

原文链接:

Genetic responses to seasonal variation in altitudinal stress: whole-genome resequencing of great tit in eastern Himalayas

原文摘要:

Species that undertake altitudinal migrations are exposed to a considerable seasonal variation in oxygen levels and temperature. How they cope with this was studied in a population of great tit (Parus major) that breeds at high elevations and winters at lower elevations in the eastern Himalayas. Comparison of population genomics of high altitudinal great tits and those living in lowlands revealed an accelerated genetic selecion for carbohydrate energy metabolism (amino sugar, nucleotide sugar metabolism and insulin signaling pathways) and hypoxia response (PI3K-akt, mTOR and MAPK signaling pathways) in the high altitudinal population. The PI3K-akt, mTOR and MAPK pathways modulate the hypoxia-inducible factors,HIF-1α and VEGF protein expression thus indirectly regulate hypoxia induced angiogenesis, erythropoiesis and vasodilatation. The strategies observed in high altitudinal great tits differ from those described in a closely related species on the Tibetan Plateau, the sedentary ground tit (Parus humilis). This species has enhanced selection in lipid-specific metabolic pathways and hypoxia-inducible factor pathway (HIF-1). Comparative population genomics also revealed selection for larger body size in high altitudinal great tits.

来源: Scientific Reports 浏览次数:94

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