南海石斑鱼类体型大小差异的遗传基础及进化历程

The evolution of animal size has always been a hot spot in scientific research, but it usually focuses on the trend of size variation and environmental factors, and seldom on its intrinsic genetic mechanism. Fish is the most diverse vertebrate in body size, but the genetic mechanism remains unclear. The phylogenetic studies reported previously have suggested an obvious genetic difference exists between the large and small groupers in the South China Sea, and there may be a clear "node" in evolutionary history for the differentiation of body size. Since these sympatric related grouper species present such a big difference in body size, it is worth exploring the genetic basis and speciation. In this project, we analysis the difference in nucleotide sequence and gene expression, detect the critical genes under selection and one-to-one orthologs by comparing the transcriptome from the typical groupers in China South Sea. In addition, since the groupers are easy to interbreed, the QTL mapping of body size traits was performed using the RAD-seq technique in a crossbreed population of large and small groupers to validate the key loci obtained by the transcriptome method. This project aims to analysis the genetic basis of size difference between the groupers in China South Sea and their evolutionary history, and to provide the basis information for exploring the genetic mechanism of fish body evolution.

动物体型大小的进化一直是科学研究的热点，但通常只关注体型变化趋势及环境影响因子，很少有研究其内在遗传机制。鱼类是体型大小差异最大的脊椎动物，但遗传机制尚不清楚。已有分子系统进化研究表明，我国南海大型和小型石斑鱼存在较大的遗传差异，体型分化可能有较为明确的“节点”。这些同域分布的石斑鱼近缘种在体型大小上呈现如此大的差异，其中的遗传基础及物种形成的进化历程非常值得探讨。本项目拟对南海体型差异显著的石斑鱼近缘种进行比较转录组研究，解析它们在基因序列及表达水平上的差异，挖掘受选择的关键基因和种间直系同源基因。由于石斑鱼类易于种间杂交，本研究也利用简化基因组技术RAD-seq在大型与小型石斑鱼的杂交群体中进行体型大小性状差异的QTL定位，验证比较转录组获得的关键基因位点。本项目旨在解析南海石斑鱼类体型大小差异的遗传基础及其物种形成的进化历程，为探究鱼类体型进化遗传机制这一关键科学问题提供科学依据。

动物体型大小的进化一直是科学研究的热点，但通常只关注体型变化趋势及环境影响因子，很少有研究其内在遗传机制。鱼类是体型大小差异最大的脊椎动物，但遗传机制尚不清楚。我国南海石斑鱼近缘种在体型大小上很大的差异，体型差异的遗传基础及物种形成的进化历程非常值得探讨。本项目首次探究了南海体型大小差异显著石斑鱼类的进化历程，通过比较转录组分析了南海15种体型大小差异显著的石斑鱼类，利用种间2042个直系同源基因重建的系统发育树，明确了南海石斑鱼类存在体型大小差异显著的两个分枝，两体型差异枝的分歧时间约为15.4 MYA，这些石斑鱼类物种形成与中新世中期的全球气候和浅水环境变化有关。此外，本项目还首次探究了南海石斑鱼体型大小差异的遗传基础。A.通过比较转录组分析检测了南海石斑鱼类种间受选择的位点，获得与石斑鱼类体型大小相关的180个快速进化基因和两个正选择基因ndrg1a和jupa，参与了细胞生长、增殖、分化、凋亡或个体发育和癌症控制、以及与细胞凋亡和心脏发育等与体型调控相关的过程。B.利用全基因组重测序技术对斜带石斑鱼（大型）与赤点石斑鱼（小型）的杂交群体进行体型大小性状差异的QTL定位，发现chr5染色体28-36.2Mb，chr6染色体上24.4-24.8Mb这两个与体型有很大的关联性的QTL区间，区间内识别到功能与生长相关的基因，如生长停滞特异性蛋白，表皮生长因子样蛋白，控制细胞生长和分化的重要蛋白激酶（络氨酸蛋白激酶和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶）以及WD 重复蛋白家族成员。这些研究结果为解析石斑鱼类体型变异的遗传机制以及物种进化历程提供理论基础，同时也为选育特定性状的石斑鱼优良新品种提供科学依据。