利用简化基因组测序技术研究靛冠噪鹛的分类及遗传进化

Blue-crowned laughingthrush (Garrulax courtoisi) is a critically endangered species that is existing only in Wuyuan, Jiangxi Province. The taxonomy of this species has remained controversial and elusive. Our research group has made an in-depth investigation on reproductive performance and behavior traits of Blue-crowned laughingthrush, and have collected blood samples from several closely related species of this birds. This project aims to conduct a phylogenetic study for the Blue-crowned laughingthrush using RAD-seq. Six Garrulax species will be selected as ingroups, including Garrulax courtoisi, G. perspicillatus, G. sannio, G. berthemi, G. davidi and G. canorus. Meanwhile, Liocichla omeiensis and Leiothrix lutea will be used as two outgroups. We will construct two phylogenetic trees (maximum likelihood and Bayes) to verify the taxonomic status of six Garrulax species. Genomic variants will be explored to reveal the genetic diversity of the current population of Garrulax courtoisi, to infer historical population size of this bird, and to test potential admixtures among Garrulax species. Finally, we will examine the molecular basis of local adaptation in Garrulax courtoisi using an evolutionary genomics approach. The expected findings will not only advance our understanding of adaptive evolution, but also benefit the conservation of Garrulax courtoisi.

靛冠噪鹛是极度濒危的鸟类，属江西省婺源特有的鸟类资源，噪鹛属的分类问题一直困扰着鸟类学界。项目组前期已对靛冠噪鹛开展了繁殖习性等方面研究并收集了该种群及近缘种群基因样本。在此基础上，本项目拟将包括靛冠噪鹛在内的噪鹛属鸟类黑脸噪鹛、白颊噪鹛、棕噪鹛、山噪鹛、画眉等作为内群，以薮鹛属的灰胸薮鹛、相思鸟属的红嘴相思鸟等作为外群，采用2b-RAD简化基因组技术进行测序；以最大似然法和贝叶斯法重建噪鹛属鸟类系统发育树，以此验证噪鹛属的多系性，并确定靛冠噪鹛的分类学地位；根据基因组变异位点信息，分析靛冠噪鹛现存种群的遗传多样性及历史种群大小的演化，种群间基因交流情况，及婺源靛冠噪鹛仅存活于江西婺源的独特适应性遗传机制。项目预期结果将丰富人们对适应性进化性状遗传机理的认识，为保护靛冠噪鹛这一极度濒危物种的提供科学依据。

靛冠噪鹛是中国特有且极度濒危的噪鹛属鸟类，目前仅现存于江西婺源，受到气候和人类活动的影响，野生群体数量不断下降，现存仅约300余只。本项目利用第三代PacBio单分子实时测序技术（测序深度101.21×）、二代Illumina PE150双末端测序技术（测序深度119×）和10X Genomics测序技术（测序深度99.9×）对1只雌性靛冠噪鹛开展全基因组de novo测序，构建了极度濒危物种靛冠噪鹛的全基因组草图，同时对66个靛冠噪鹛、白颊噪鹛、黑喉噪鹛、黑脸噪鹛、棕噪鹛、灰翅噪鹛、赤尾噪鹛、画眉、灰喜鹊进行20×的全基因组重测序，采用系列严谨的生物信息学分析手段对基因组数据集进行分析，研究结果表明靛冠噪鹛有较高的遗传多样性和较低的有害突变，但仍处于极度濒危的状态。通过系统发育树分析揭示靛冠噪鹛为独立品种，与黑喉噪鹛关系最近，分化时间大约在11.83 百万年。历史种群分析提示北宋时期(1000年前)，中国经济发达，遛鸟文化盛行，人类的过度捕捞和寒冷气候导致靛冠噪鹛群体数量急剧下降。由于栖息地和群体数量的限制，靛冠噪鹛群体近交程度较高，导致有害突变的富集，因此通过动物园合理人工喂养，制定详细的分子保种策略，定期诱捕野外群体杂交，避免近交衰退，合理放归自然等方式来提高靛冠噪鹛物种遗传多样性和有效群体数量。本研究证实了靛冠噪鹛种群极度濒危的基因组特征，为进一步拯救濒危物种和加强保护物种多样性工作提供了新的视角。