金丝猴属物种高海拔和食性适应的遗传机制研究

在很短的物种分化时间里，金丝猴属物种除了占据从低海拔到高海拔的生境类型，而且又发展了从虫果到树叶的特化食性，是研究近缘物种进化中生物适应快速变化环境的很好的系统。本项目旨在综合应用基因组学和生物信息学等研究手段，通过测定并比较金丝猴属中两个近缘种- - 滇金丝猴和越南金丝猴的基因组变异特征，系统地研究金丝猴属物种高海拔和叶食性适应进化的分子机制。通过挖掘基因组中各种可能受到自然选择的区域，获得大量与高海拔和独特叶食性适应相关的功能基因，并进行代谢通路注释与富集化分析，阐明金丝猴适应高海拔和独特食性相关的基因网络，全面揭示金丝猴高海拔和叶食性适应进化的分子基础，从而为形成动物对环境适应性进化的遗传机制的系统认识以及一些重要理论问题，如基因对适应性状的影响和意义以及自然选择对基因变异的作用等做出贡献。

本项目旨在综合应用基因组学和生物信息学等研究手段，通过测定并比较金丝猴属物种的基因组变异特征，系统地研究金丝猴属物种高海拔和叶食性适应进化的分子机制。项目实施期间，按照研究计划执行。通过测定5种金丝猴属物种及金丝猴群体基因组数据以及转录组信息，通过比较基因组学，群体基因组学和比较转录组学研究，得到以下结果：1. 滇金丝猴独特叶食性和高原环境适应性进化分子机制：滇金丝猴denovo基因组和其他哺乳动物基因组比较发现RNA合成和代谢,脂肪酸合成,胃肠道粘膜保护和解毒因子相关基因，发生基因复制和扩张以及受到正选择作用。滇金丝猴denovo基因组和20个滇金丝猴个体(10X/个)比较：DNA损伤修复,能量代谢,调节造血细胞分化,心脏功能,血管发育和肺部功能相关基因,发生基因复制和扩张以及受到选择作用。滇金丝猴和猕猴各11个组织的转录组比较发现与消化系统(小肠,大肠和胃)和能量代谢相关组织(心脏和肌肉)中高表达基因在物种间的组织比物种内不同组织之间表现出更大的相似性, 消化系统组织中高表达基因富集在与氮源代谢和胰脏分泌相关通路。能量代谢组织中高表达基因富集在与氧化磷酸化和心脏肌肉收缩相关通路。2. 对5个金丝猴物种的基因组数据分析结果鉴定出在三个高海拔物种中，有16个基因的18个替换，即是三个高海拔物种共有的氨基酸替换，又同时受到了正选择作用。其中有6个基因发现与血管生成, 呼吸纤毛运动，DNA修复和肺部功能相关，提示着这些基因可能是三个高海拔物种适应高原环境的关键基因。此外，基于1个滇金丝猴群体和川金丝猴群体重测序基因组数据进行选择分析发现在这些群体中，9个基因与血管功能, 心脏功能，能量代谢和DNA修复等相关。此外，对群体中特异基因进行分析，发现有20个基因与血管功能, 心脏功能，能量代谢, DNA修复等相关。.本研究挖掘到与金丝猴高原环境和食性适应相关的新的关键基因，全面揭示金丝猴高海拔和叶食性适应进化的分子基础。项目实施期间，发表SCI论文1篇和国内核心刊物1篇，已修回论文1篇（Nature Genetics）和投稿论文1篇。项目实施期间，项目主持人参与获得云南省自然科学奖一等奖1项（排名第4）。项目主持人获得“第十届中国青年女科学家奖”，入选“国家万人计划-首批青年拔尖人才支持计划”和“云岭学者”。培养研究生3名。完成了计划任务，达到了预期目标。