基于全基因组重测序的鲂属鱼类群体遗传学研究

Megalobrama is economically the most important freshwater fish genus. In the past few years, germplasm resources of Megalobrama are diminishing rather quickly as a result of deteriorating environmental conditions and artificial factors. However, there were a few reports on the conservation of genetic resources and population genetics of Megalobrama. With the development of high-throughout sequencing technology, combinations of genomics and population genetics not only obtain the genetic information, but also indicate the formation of species diversity and their environmental adaptability. Based on our previous study of the whole genome of M. amblycephala, we will: a) establish the whole genome database of Megalobrama populations using the whole-genome re-sequencing technology; b) explore the genetic structure of populations, as well as infer the detailed evolutionary relationships and history by applying the principal component analysis (PCA) and population structure analysis; c) determine the key candidate genes related to variations in feeding habits and morphology by combining the linkage disequilibrium, selective sweep analyses and genome-wide association study, and reveal the molecular mechanisms of environmental adaptability of Megalobrama populations. Our purpose will ascertain the population history and genetic diversity, and illuminate the understanding of the evolution of Megalobrama populations and molecular mechanisms of their environmental adaptability. These findings will represent a significant contribution to conversation and utilization of germplasm resources in Megalobrama.

鲂属鱼类是我国重要的淡水经济鱼类，近年来由于自然环境的改变及人为因素的影响，鲂属鱼类天然资源处于严重衰退中，然而有关鲂属鱼类种质资源保护和群体遗传学的研究甚少。随着高通量测序技术的发展，联合基因组学和群体遗传学不仅可获得物种群体遗传信息，同时有助于揭示物种多样性的形成及环境适应性机制。本项目拟以前期获得的团头鲂全基因组为参考，采用全基因组重测序方法建立鲂属鱼类群体基因组变异数据库；通过群体结构分析与主成分分析，探究鲂属鱼类群体间的遗传结构特征、进化关系及种群演变历史；结合连锁不平衡、选择性消除及全基因组关联分析，发掘与鲂属鱼类形态及食性差异相关的候选基因，进而揭示其环境适应性形成的机制。本研究将阐明鲂属鱼类群体遗传结构及种群历史动态演变规律，揭示鲂属鱼类群体进化过程及对环境的适应性分子机制，为我国鲂属鱼类的种质资源保护和利用提供科学依据。

研究构建了团头鲂的染色体水平基因组，并基于比较基因组学探究了不同食性28种硬骨鱼类嗅觉受体（ORs）的进化历程，发现肉食性鱼类总ORs拷贝数显著低于草食性鱼类，淡水草食性鱼类特异性扩张ORs的β和ε亚型，这种扩张受到正选择压力驱使；通过对代表性鱼类的嗅觉器官转录组测序与分析，发现几乎所有的ORs都表达，上述研究结果揭示了不同食性鱼类ORs的进化历程及其与食性的相关性，阐明了草食性鱼类和肉食性鱼类ORs的遗传基础；研究采集了团头鲂、三角鲂、广东鲂和厚颌鲂不同地理群体的样本，利用X光透射照相法对鲂属4个物种共135个样本进行了可量可数性状分析，结果发现可量比例性状如头长/体长、尾柄长/体长等在鲂属鱼类种间具有显著性差异，可作为种间鉴别标准；扩增了鲂属4个物种共169个样本的线粒体序列，并建立了鲂属鱼类线粒体数据库，结果发现鲂属鱼类不同地理群体间有较高水平的遗传分化，尤其是在不同物种间表现最为明显，而广东鲂与鲂属其他物种群体间的遗传差异度最大；以团头鲂三代基因组为参考基因组，研究对鲂属4个物种共180个样本进行了全基因组重测序，建立了鲂属鱼类群体遗传变异数据库，群体结构分析结果表明鲂属鱼类不同地理群体共可分为六个亚群，基因流及连锁不平衡结果发现团头鲂对三角鲂的基因渗入促使了三角鲂核苷酸多态性的增高，并进一步加快了三角鲂的LD衰减速度；群体历史分析结果显示广东鲂群体在更新世时期经历了种群扩张事件，并且该时期的海平面上升使得广东鲂的海南群体和珠江流域群体分化开。另外选择清除分析结果表明团头鲂主要通过脂肪酸降解途径增强能量代谢，而广东鲂主要利用胆固醇代谢途径调节脂类的吸收。该研究揭示了鲂属鱼类群体进化过程及对环境的适应性分子机制，为我国鲂属鱼类的种质资源保护提供了科学依据。