矛尾鱼Sonic hedgehog(Shh)基因敲除模型的建立及功能分析

Tetrapod evolution, a hot research topic, gained most of its conclusions from the study of fossils. Biologists in classic systematic biology attempt to draw a clear map of evolutionary history according to the fossil record and morphological properties. Nevertheless, the relative imperfection of the fossil records as well as the loss of morphological characters and their lack of robustness of significance in systematics biology, to some extent, limit the further development of this field. Latimeria chalumnae , an ancient fish species living in the earth for about 300 million and Senegal bichir，Ranodon sibiricus，Chinese crocodile lizard were studied in this research, using molecular systematic methodologies. Through RNA-Seq to find the landing play an important role in tetrapod gene evolution. Our findings resulting from molecular systematic methodologies together with traditional morphological methodologies, suggest a relationship between Latimeria chalumnae and terrestrial vertebrates in terms of phylogenetic evolution, which will contribute to the study of early tetrapod evolution and “water-to-land” evolution.

四足动物演化一直是学术界研究的热点，绝大多数的结论来自于对化石的研究。经典的系统生物学家试图通过化石记录及其形态性状等方面的特征来描述一幅生物进化历史的清晰图象。但化石记录的相对不完整，形态性状的相对缺乏和其系统学意义的不准确性，在一定程度上限制了这一领域的深入与拓展。本研究利用大约3亿年前就生活在地球上的矛尾鱼这一古老的鱼类物种作为研究对象，结合多鳍鱼、新疆北鲵、鳄蜥等物种，克隆并分析Sonic hedgehog(Shh)基因。同时，通过转录组测序分析及系统分析技术找到四足动物进化过程中对其登陆起到重要作用的功能基因。对比这些基因，得出四足动物登陆的分子进化规律。该研究旨在阐释矛尾鱼与陆生脊椎动物在系统进化上的关系，为进一步对四足动物早期演化和鱼类登陆的研究奠定基础。

在国家自然科学基金的支持下，本项目顺利完成。本项目通过研究资料，对矛尾鱼的分类地位进行了阐述，并结合基因信息对其SHH基因进行了序列拼接与亚克隆工作；通过改进研究技术及方法，获得了矛尾鱼1200bp左右的目标基因片段。运用分析的数据进行了该物种与比较物种的系统进化树的构建。在对其近缘物种的研究中,我们选择濒危的新疆北鲵来进行。对该物种进行了转录组学方面的研究，这是国内首次进行的研究实验。在研究中发现了一些与环境相关的特异性基因，这些基因均可作为信标基因用于动物进化研究。研究利用高通量测序技术平台对新疆北鲵进行转录组测序和数据de novo组装，并对得到的unigene进行功能注释、分类及代谢通路分析。结果表明，N50值为1548 bp、平均长度为838 bp的新疆北鲵unigene共有138800条，将其与NCBI的Nr和SwissProt数据库比对后发现，分别有56 600条和48 910条unigene与其他物种的基因具有同源性。新疆北鲵转录组根据GO功能可分为3大类52个功能；利用KOG数据库可将有关的47 309条新疆北鲵unigene根据功能分成25类；KEGG数据库分析发现共有7846个unigene参与38种代谢通路。本项目的实施，为矛尾鱼演化问题目的基因的选择提供了重要的理论支持,为四足动物起源与演化问题的研究打下了坚实的基础。本项目共发表论文3篇、专著1部、申请国家发明专利2项。