我国近海海马优势种群的遗传分化及其繁殖适应性特征研究

Seahorses are traditionally used as the Chinese medicine, and most of them habitat at the tropical sea areas. In recent years, the conservation of seahorse resources has been deemed as an important project throughout the world because of the overexploitation. Concerned about the problems in seahorse conservation, this proposal aims to set up the data base of genetic polymorphism about the dominant seahorse species along the China’s coast, such as Hippocampus comes, H. trimaculatus, H. kuda and H. monhikei, through utilizing the genome re-sequencing, restriction-site associated DNA sequence (RAD-seq) and comparative genomics techniques. Then, this study will investigate the characteristics of population structure and genetic differentiation among the dominant seahorses. In wild, the effective reproduction is essential for maintaining the population structure at any species. Thus, this study will focus on the reproductive behavior and their relative functional genes, and some novel genes, which function in the development of brood pouch of male seahorses, will be screened through the genome data, and balancing selection mediated by these genes will be analyzed together with the analysis of trans-species evolution among the four seahorse species. During the yearly period, the dynamics of the effective reproductive behavior and some reproductive genes will be examined for a further understanding of the relationship between the adaptive evolution of reproductive behavior and their biogeographic isolations among the dominant seahorse populations. This proposal will obviously contribute to the seahorse conservation and utilization of germplasm resources in seahorse aquaculture.

海马是珍稀的药源鱼类，主要栖息于近海海域；近年来，因其高额经济价值而被过渡捕捞，海马的资源保护已是国际上重要的科研课题。本项目拟以我国近海优势海马种（虎尾海马、三斑海马、大海马和日本海马）为研究对象，基于全基因组重测序、简化基因组测序（RAD-seq）和比较基因组学等技术，建立海马的遗传多态性数据库，精确揭示我国近海优势海马种群的群体结构及遗传分化特征。与此同时，物种的有效繁殖是维系其物种群体结构稳定性的主要因素之一，本项目将以繁殖性状为切入点实施海马的适应性进化研究：基于全基因组和简化基因组数据，筛选出与海马繁殖相关的基因（如育儿袋发育相关基因等），分析这些基因介导的平衡选择和跨物种进化特征；研究优势海马种群的有效繁殖行为及其相关基因表达的年度动态变化特征；据此，深入探讨不同海马种群的繁殖适应性进化特征与生物地理隔离的关联性。本研究可为海马资源的保护及后续的种质资源利用研究提供科学依据。

海马是珍稀的药源鱼类，主要栖息于近海海域；近年来，因其高额经济价值而被过度捕捞，海马的资源保护已是国际上重要的科研课题。本项目以我国近海优势海马（虎尾海马、三斑海马、大海马和日本海马）为研究对象，开展我国近海海马优势海马种群的遗传分化和繁殖适应性相关研究。基于本项目的研究：（1）建立了我国海马遗传多态性数据库，精确揭示优势海马种群的群体结构及遗传分化特征，开展了优势海马种群DNA条形码研究，开发了一套跨物种标记鉴定海马的方法，并对不同海马种群的遗传多样性水平进行综合评估；（2）基于全基因组数据或重测序数据，筛选出海马繁殖相关基因，并阐明该类基因的结构和选择压力特征，明确我国优势海马种群虎尾海马的遗传分化及进化速率特征，发现本海马种是目前为止所有鱼类进化速率最快的物种，阐明海马繁殖相关基因Patristacin基因的进化特征，并证明其在海马繁殖过程中的功能。（3）结合海马的繁殖行为学特征，分析繁殖相关基因的跨物种进化特征，探讨不同海马种群的繁殖适应性进化特征与生物地理隔离的关联性。基于转录组数据，研究雌雄海马的性别二相性，筛选出了一系列海马性别分化相关的关键基因；同时，针对海马生殖轴的关键调控基因kisspeptin和GnIH，解析其在不同生殖周期和怀孕阶段的表达模式，发现海马kiss2和GnIH核心多肽可通过促性腺激素来调节雄性激素水平，从而来调控海马的生殖行为。综合上述研究，我们系统阐述我国近海海马优势种群的群体结构和遗传分化特征，并揭示海马繁殖的适应性进化特征，为我国海马资源的科学保护和可持续利用提供了理论依据。.基于本项目的实施，我们共发表SCI论文19篇（包括1篇Nature封面论文），国家发明专利9项（包括1项国际发明专利），完成预期的研究目标。在实施本项目的基础上，项目负责人于2018年获得国家杰出青年科学基金的资助，2019年获国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部“创新人才推进计划”中青年科技创新领军人才称号。