中国沿海斑鰶谱系地理结构和本地适应性进化的群体基因组学研究

Understanding the genetics of how organisms adapt to changing environments is a fundamental topic in modern evolutionary ecology, analyzing the population genetic structure and local adaptation of marine life provides us with an excellent opportunity. The dotted gizzard shad, Konosirus punctatus, is an important fishery species inhabiting across Chinese coastal waters，which is also a very suitable material for population study in genetic structure and local adaptation. Unfortunately, the resource of K. punctatus has declined significantly, which might be owing to the climate changes and anthropogenic factors such as overfishing and seawater pollution. However, previous studies about population genetics of K. punctatus were very limited, and there was no research focusing on its local adaptation, which seriously restricted the scientific development and protection of this species. In this study, we plan to perform population genomic analyses on K. punctatus along the coast of China by scanning through the mitochondrial and nuclear genome. Multivariate ecological modeling approach will be applied to correlate the population’s divergence with the spatial environment heterogeneity, potential adaptive loci or genome regions under natural selection will be defined, and genetic mechanism of how K. punctatus populations adapt to local environments will be elucidated. We believe that the results would help to formulate scientific guidance for the management and sustainable utilization of K. punctatus resources, and provide us a better understand of the evolutionary process and adapting mechanism of marine organism.

探讨物种的适应性机制是进化生态学的核心议题，而解析海洋生物谱系地理结构和本地适应性为我们提供了绝佳契机。斑鰶是我国沿海一种广布性短距离洄游鱼类，是海洋生态系统的关键种，也是研究谱系地理结构和本地适应性的理想材料。受全球气候变化和人类活动等影响，其资源量已大幅衰退，但目前有关斑鰶群体遗传学的研究相对匮乏，且本地适应性解析尚未展开，严重制约了其资源的科学开发和保护。本项目拟以中国沿海斑鰶为研究对象，利用简化基因组测序和线粒体扫描技术，结合多变量生态模型评估地理与环境尺度对种群分化的影响，从全基因组层面精确解析地理历史事件对谱系格局形成的驱动因子；并通过系统甄别受环境压力选择的位点和基因组区域，阐明其适应性进化的遗传机制，确定进化显著保护单元。研究结果对于斑鰶资源的合理保护和管理，揭示我国海洋生物群体进化的一般规律和成因以及深入了解海洋生物适应环境的遗传学机制具有重要的学术价值。

斑鰶广泛分布于中国、朝鲜、韩国以及日本沿海，在我国渤海、黄海、东海、南海均有产出，其不仅是重要的渔业捕捞对象，还是海洋生态系统变动的关键指示种，在物质循环和能量流动中发挥不可替代的作用，但是受全球气候变化和人类活动等影响，其资源量已大幅衰退，因此，加强对斑鰶的群遗传学研究，对其资源进行管理和保护刻不容缓。斑鰶本身的生物学特性也使得研究谱系地理结构和本地适应性的理想材料。本研究即测定并描述了斑鰶的线粒体全长序列特征，并基于COI和Cytb对分布在中国沿海的12个种群进行了群体遗传多样性和遗传结构等分析；首次通过二代(Illumina)和三代(PacBio)高通量测序技术组装得到高质量斑鰶参考基因组，并且通过Hi-C和RNA测序辅助组装技术，将斑鰶的全基因组组装到染色体水平上；基于斑鰶基因组全序列开发了20个稳定多态的微卫星分子标记，基于简化基因组（RAD-seq）测序技术开发了斑鰶的高密度 SNP 位点，并通过这些分子标记对采集自中国及韩国、日本沿海的10多个群体进行了群体遗传学分析，检测到斑鰶仍具有较高的遗传多样性，也发现了一些隐存的群体遗传结构，在全基因组层面较精确解析了斑鰶的谱系地理格局、动态进化历史，查明了各地理群体的遗传多样性现状，阐明了其种群遗传结构；还进行了适应性进化分析，检测到一些适应性信号。通过本项目的开展，发表了不错的研究成果。相关研究结果将对我国沿海斑鰶资源的科学管理和合理保护提供重要的理论依据，同时对揭示我国海洋生物群体进化的一般规律和成因，评估全球气候变化对海洋生物进化的影响，深入理解海洋生物适应环境的遗传学机制具有重要的学术价值。