中国小家鼠杂交带基因组渗透机制研究

The genetic basis of speciation is the core scientific problem in evolutionary biology, and the hybrid zone is natural laboratory for investigations of speciation. House mice is perfect model for species' origination and differentiation because of its worldwide distribution, strong reproductive capacity, short generation time and rapid colonization. We analysed the population genetic structure of Chinese house mice with both mitochondrial and nuclear genes as molecular markers, and the results showed that: Chinese house mice contain two distinct genetic lineages (South, M . m. musculus / North, M . m. castaneus ) bounded by the Yangtze River; the north lineage maybe immigrated from Central Asia and the southern lineage immigrated from Southeast Asian; north and southern lineages meet on the shores of the Yangtze river and generated hybrid zone, and Xuzhou, Shanghai and Xiaogan are located in the zone. In this project, we plan to: (1) collect 600 samples around Xiaogan and then analyse their SNP genotypes by the mouse genome high-density SNP microarray scanning; (2) analyse the gene introgression at genome-wide by a series of population genetic analysis and identify the genomic regions which contribute to reproductive isolation and hybrid vigor, respectivly; (3)give a primary investation on the biologcial processes associated with reproductive isolation and hybrid vigor by gene functional annotation. Our investigation will provide comprehensive experimental data and theoretical interpretion for the genetic basis of speciation.

物种形成的遗传学是进化生物学的核心科学问题，而不同遗传背景的种群相遇后形成的杂交带是研究物种形成与分化的天然实验室。小家鼠是世界性分布的家栖鼠类，繁殖速率快、世代短，扩散迅速，是进化生物学研究的良好材料。在上一基金资助下，我们利用线粒体和核基因标记系统研究了中国小家鼠的群体遗传结构，首次证明其以长江为界分为南/北两大支系；北方系可能从中亚迁入，从北往南扩散，而南方系从东南亚迁入，从南往北迁移；南北系在长江两侧相遇产生杂交带，徐州、上海和孝感位于杂交带内。本项目计划在孝感杂交带采集600只样品，利用小家鼠全基因组高密度SNP芯片扫描获得SNP基因分型，通过渐变群宽度、等位基因频率、基因功能注释和进化选择压力等分析手段在全基因组水平上研究杂交过程中基因渗透情况，从而确定物种形成过程中与生殖隔离和杂交优势密切相关的基因，为物种形成的遗传学机制提供直接的实验数据和更深入全面的理论阐释。

在基因组水平上探讨物种形成是进化生物学的核心科学问题，而杂交带是研究物种分化与形成的天然实验室。杂交带指两个具有不同遗传背景的种群或分类单位相遇后交配(或杂交)，并能产下杂交后代的一些狭窄区域。了解杂交带的生物学意义是进化生物学长期的目标，它可以探索进化力的作用，基因流障碍的本质以及这些障碍的遗传差异。本项目在河南南阳至湖北孝感建立南北长200公里、东西宽约30公里的样品采集区，在其60个采集点采集杂交带样品670只，进一步丰富中国小家鼠DNA库，为全面开展中国小家鼠的遗传学研究奠定基础；通过外部形态数据(体长和尾长的比率)和线粒体控制区序列特征，鉴定所有样品所属的遗传支系(亚种)；利用小家鼠全基因组高密度SNP芯片扫描对每个样品进行基因分型后，将所得数据进行种群结构分析、渐渗区域分析、功能分析、渐变群宽度分析(Cline analysis)。结果发现cline narrow中有364个基因，它们多参与MHC免疫调节、类固醇代谢、细胞结构；1622个基因和cline wide相关，它们多参与细胞黏着、G蛋白信号传递、信息素反应、嗅觉、染色质包装和重塑、中胚层发育等。此外，项目组也对该资助下采集的大家鼠标本进行了整理，共有40个采集地486只标本，形态和DNA-barcoding将其分为Rattus norvegicus 和R. tanezumi两个物种。前者分布在中国，尤其是中国北方地区；后者主要在南方地区，两者在6个采集地同域分布，10对微卫星实验数据发现存在杂交。对6个采集地同域分布和各10只纯系标本利用2b-rad进行全基因组SNP分析，发现两个物种间存在杂交渐渗，渐渗区域多和细胞化学通讯相关。这些研究结果将为探讨物种形成、杂交优势、基因渐渗等重要的生物学核心科学问题提供坚实的理论数据支撑，为进化生物学的研究提供新的视角。