基于群体基因组的紫貂群体演化和表型适应的遗传机制研究

The Pleistocene glacial-interglacial cycles would result in repeated episodes of contraction and expansion of habitats, which have been suggested to make a profound impact on species of the Northern Hemisphere and especially for species of the Northern Eurasia. The sable is a typical mammal which is widely distributed in coniferous forest ecosystem of the Northern Eurasia. Because the progress of speciation and the following population evolution were all in this geologic period, investigating the natural history of the sable can provide systematic knowledge on the effect mechanism of population dynamics of cold-adaptation mammals influenced by glacial-interglacial cycles. Based on the genomic re-sequencing data of different geographical populations which covering all the distribution area, we will fully clarify the demographic history of the sable and reveal the correlations between glacial-interglacial cycles and dynamic demographic evolution. At the same time, we will explore the genetic basis of phenotypic adaptation by integrating the phenotypic traits of representative geographic populations and related ecological factors. This project will be not only highly useful for our understanding of the demographic history and genetic basis of phenotypic adaptation in the sables, but also provides the solid theoretical foundation for scientific protection and effective management of this endangered animal.

更新世的冰期-间冰期循环导致物种分布区的重复收缩与扩张，对整个北半球，尤其是亚欧大陆北部物种产生了深刻影响。作为广布于亚欧大陆北部针叶林生态系统的典型兽类，紫貂的起源及群体演化历程均处于该地质时期内。因此，对紫貂群体演化动态的探究，能够为人们理解冰期-间冰期循环对寒冷适应物种群体演化的作用机制提供系统性的认识。本项目拟通过对覆盖紫貂分布区的不同地理群体进行群体基因组学分析，全面揭示紫貂的群体演化历史，解析冰期-间冰期循环与紫貂群体动态演化的作用关系。同时，我们还将结合代表性地理群体的表型特征，整合相关生态因子，探究适应性表型下的分子演化机制。本项目不仅有助于揭示紫貂群体演化历史及表型适应机制，也将为该濒危物种的科学保护与有效管理提供坚实的理论依据。

更新世冰期-间冰期的循环更替是距今最近的全球性气候波动事件，不仅是塑造现今物种进化轨迹和分布格局的重要地质时期，同时也是探讨古气候变迁与物种群体演化作用关系的极佳时间窗口。紫貂是广布于亚欧大陆北部针叶林生态系统的典型兽类，其起源及群体演化历程均处于该地质时期内。.本项目通过对覆盖紫貂分布区的不同地理群体进行重测序，运用群体基因组学的理论和方法，结合环境因子数据，重点开展了以下研究内容：1）构建紫貂各地理群体遗传结构和系统进化关系；2）重建各地理群体历史动态，解析更新世冰期循环对紫貂群体演化的作用机制；3）探究紫貂体型演变与环境适应机制。.本项目首先通过三代测序和Hi-C技术获得了紫貂染色体级别的高质量基因组数据，基因组大小2.47G，N50长度83.18M，是至今质量最高的紫貂基因组版本。随后对俄罗斯和中国境内的19个紫貂群体的148个个体进行了重测序，我们还将松貂作为外群，对3个松貂个体进行了重测序。所有重测序样本平均测序深度为22.33X。系统树、遗传结构和主成分分析的结果显示，中国境内的紫貂东南群体所在地（小兴安岭和长白山）可能是该物种的起源地区，随后往大兴安岭和俄罗斯东部，中部和西部演化发展；俄罗斯西部群体紫貂个体混杂了一定比例的松貂遗传组分，首次在基因组水平上证实了紫貂、松貂间存在基因交流；Kuril群体是非常早的群体分歧，后期与俄罗斯东部群体混合产生了库页岛群体。群体历史动态显示紫貂群体大小在历史上经历了多次周期性波动，但均不剧烈，暗示着寒冷适应物种应对冰期循环可能有着与其他物种不同的适应演化机制；最后通过对41个群体的12头骨参数的分析，整合环境因子数据，发现不同地理群体紫貂头骨数据存在显著差异，温度是影响体型大小的最重要环境因子。.本项目研究结果不仅为人们理解更新世冰期循环对寒冷适应物种群体演化的作用机制提供系统性的认识，也将为该濒危物种的科学保护与有效管理提供坚实的理论依据。