十足目动物消化酶基因的进化及其与食性分化的关系

During the long-term evolution, for the difference of predation, habitat and digestion, different animals choose different food formed their dietary. Then, different dietary in turn affects animal individual survival, reproduction, activity rhythm, and population growth. Therefore, it is very significant to research animal feeding differentiation. Decapoda (including shrimp, lobsters, and crabs), is an economically important, diverse group of animals whose dietary different from each other. However, the molecular mechanism for feeding differentiation of decapoda remain poorly explored. In the present project, approximately 20 digestive enzyme genes were investigated in representative species of major decapoda lineages, and compared with orthologous sequences from different dietary groups, with try to address evolutionary mode and driving mechanisms of digestive enzyme genes in the origin, evolution, and adaptive radiation of decapoda. On the one hand, we aim to reveal the digestive enzyme genes evolutionary process and pattern for the feeding differentiation and its association with environment adaptation. On the other hand, we can comprehensively insight into the molecular genetic basis of decapoda feeding differentiation.

动物的食性是指在长期演化过程中，形成对食物不同的选择性。由于取食方式、生存环境和消化能力的影响，动物的食性出现了分化。而不同的食性，又会对动物生长、繁殖、行动规律、种群数量等产生影响。因此，研究动物的食性分化具有重要意义。十足目动物因受到多种因素的影响，不同种类拥有了不同的食性。然而，到目前为止，对于十足目动物食性分化的分子基础尚不清楚。本项目拟以不同食性的十足目物种为研究对象，对消化酶基因进行进化遗传学和生物信息学分析，揭示十足目动物在起源、分化和适应性辐射过程中消化酶基因的进化模式和驱动因素。一方面，探究不同食性的十足目动物在起源和分化过程中消化酶基因的分子基础及其与生境适应的关系，另一方面，为阐明十足目动物食性的分化基础，提供分子水平的重要资料。

十足目动物因受到多种因素的影响，食性出现了分化。然而，关于十足目动物食性分化的研究相对缺乏，尤其是对与食性相关的消化酶基因的分子进化机制知之甚少。因此，本项目主要探究了十足目动物不同食性的分子进化机制。主要的研究的发现包括：1.测序获取了16种十足目物种的线粒体基因组全序列，结合NCBI数据库已公布的150多种其他十足目物种的线粒体基因组数据，进行了物种间的比较分析、重排规律的研究和系统发生关系的重构。研究结果系统揭示了真虾下目、短尾下目（蟹类）以及对虾总科等类群内部各物种的分类地位，同时提出弓蟹科和大眼蟹科是姐妹群关系这一观点强有力地证明了短尾下目中沙蟹总科和方蟹总科为并系关系。2.对中华绒螯蟹分别喂养肉食性饲料(MD)、素食性饲料(VD)和混合性饲料(MV)，开展了行为学实验，并对三组蟹的肝胰腺进行了转录组测序。行为学实验，发现其更加倾向于选择肉食性食物。测序获得305,887个unigenes，在MD vs MV、VD vs MV、MD vs VD三个比较组中鉴定出8747、10963、8877个差异表达基因。分析发现，α-葡萄糖苷酶、胰蛋白酶、羧肽酶B、氨肽酶N、脂肪酶和纤维素酶等在中华绒螯蟹消化不同食物的过程中发挥重要作用，其表达与摄取食物的类型有关，被确定为消化关键基因。3.对20种不同食性的十足目动物肝胰腺进行了转录组测序，并结合数据库中已有数据构建数据集，进行消化酶基因的选择压力检测。结果表明，AMYA和MGAM等与糖类物质消化相关的酶在植食性虾蟹类中检测到正选择，而APN、CPB、PNLIP、RISC、TRY、XPD等与蛋白和脂肪消化相关的酶则在肉食性虾蟹类中检测到显著的正选择压力，并且在这些基因的关键结构域检测到了一系列正选择位点。这些结果与不同食性虾蟹类的消化特点相印证，阐释了虾蟹类食性分化可能与其体内的消化酶改变有关。综上所述，本项目系统研究了不同食性十足目动物消化酶基因的进化机制，为理解十足目动物消化食物的特点提供了新见解，同时也为探究甲壳类动物的不同食性提供了重要资料。