大尺度环境压力下中国沿海棘头梅童鱼的适应性进化研究

Adaptive evolution is a unique life phenomenon which generally exists in biosphere. Deep understanding on evolution mechanism of species has important significance for revealing the potential impact of global climate change on biodiversity, which also has been the core issue in evolutionary ecology. The heterogeneous environmental conditions in the coastal areas of China provide an ideal model for the study on adaptive evolution of marine organisms under large scale environmental pressure. Collichthys lucidus, which widely distribute in Northwest Pacific, can be found along Chinese coastal line. Previous research reveals that it has significant genetic differentiation among different populations along Chinese costal line. Therefore, it can be used as an ideal model species in the study on adaptive evolution of marine biology. In this study, the genetic diversity and differentiation pattern of C. lucidus will be examined by RAD-seq and genome resequencing. The aims of this study are to reveal the response relationship between adaptive evolution and environmental pressure, and explore the genetics mechanism of adaptive evolution. The results will have great significance for elucidating the molecular mechanism of marine bio-adaptive evolution and the impact of global climate change on marine life.

适应性进化是生物界普遍存在的生命特有现象，深入理解物种的适应性进化机制一直是进化生态学的核心问题，对于揭示全球气候变化对生物的潜在影响具有重要的意义。中国沿海多类型异质性的环境条件为大尺度环境压力下的海洋生物适应性研究提供良好的系统模型。棘头梅童鱼（Collichthys lucidus）为西北太平洋广域分布的物种，在中国沿海均有分布，前期研究显示中国沿海南北不同群体之间已出现分化，因此棘头梅童鱼可以作为一个研究中国沿海海洋生物适应性进化的理想模式种类。本研究以中国沿海棘头梅童鱼为主要研究对象，采用简化基因组测序（RAD-seq）和基因组重测序相结合，精确分析棘头梅童鱼遗传多样性和遗传分化格局，揭示适应性分化对环境压力的响应关系，探讨适应性进化的遗传学机制，对于阐明海洋生物适应性进化的分子机制以及全球气候变化对海洋生物的影响具有重要意义。

中国沿海类型多样的栖息环境为研究海洋生物的物种进化提供了良好的地理条件，棘头梅童鱼在中国沿海均有分布，且前期基于线粒体和微卫星研究结果显示各群体间存在一定差异，因此可以作为研究物种分化的理想物种。本研究以棘头梅童鱼为主要研究对象，采用线粒体DNA、简化基因组（RAD）和基因组重测序技术相结合，系统研究了该鱼类的遗传多样性、群体遗传结构和适应性遗传机制，探讨了其群体历史动态过程及其对古环境变迁和当代环境的响应机制。研究结果表明：（1）各群体均在较高的遗传多样性，基于简化基因组的研究结果显示厦门和珠海群体遗传多样性低于北方其他群体，可能正面临环境压力的自然选择；（2）各群体之间存在一定的遗传分化，北方群体和南方群体之间的遗传分化更加明显，基于线粒体DNA显示所有个体分为三个谱系结构，各谱系在不同地理群体之间存在渐变，南北群体之间主要在宁德、温州附近一带海域出现遗传分化，该研究结果与之前海洋生物地理分区结果一致；（3）群体历史动态分析显示棘头梅童鱼群体近期发生过群体扩张事件，可能是更新世冰期-间冰期周期性气候变化所导致结果；（4）群体选择分析结果显示有314个离散位点与温度相关，经基因注释和富集分析发现这些位点的基因与参与物质代谢和免疫反应，研究结果暗示棘头梅童鱼群体可能形成了与物质代谢、病原体免疫相关的适应性进化现象。该研究从基因组层面开展了棘头梅童鱼遗传多样性、群体遗传结构和适应进化研究，阐明了该鱼类的种群演化历史，分析了古气候、古地质事件以及当代环境对棘头梅童鱼的地理分布格局的影响，研究结果将为其资源的合理利用和有效管理提供技术支撑。