棘腹蛙染色体易位重排与其群体分化关系

A suppression of recombination between chromosomes carrying different rearrangements facilitates speciation by accelerating genetic differentiation between populations. In this study, we assess the suppressed-recombination at population level, by a case study on Quasipaa boulengeri (Anura, Dicroglossidae), an animal with the complicated and rare chromosomal polymorphism in amphibians involving reciprocal translocation. First, we try to assess the suppressed-recombination by employing a series of molecular markers from the mitochondrial genes,the nuclear genes and microsatellite loci to check the concordance between genetic structure and karyotypic structure in the populations,and examine population structure and patterns of gene flow of various markers among chromosomal group to establish whether chromosomal variants are associated with barries to gene flow. Second, we will try to detect the suppressed-recombination by isolating chromosomes in the light microscope, then mapping microsatellite loci to specific chromosomes by DOP-PCR as well as FISH, to test whether the gene flow between rearranged chromosomes is reduced compared to common chromosomes, or if the gene flow is lower in the chromosomal rearranged zones that present the most complex heterozygous karyotypes. Third, we try to decipher the divergence pattern associating chromosomal rearrangments based on the analysis from FISH marker, especially from coalescent simulations.

染色体重组抑制假设是物种分化及形成领域近年研究热点之一。本项目以罕有的两栖类棘腹蛙染色体多态为例，针对以往少有涉入的染色体易位重排类群，采用mtDNA、核基因、及微卫星等多重分子标记，特别引入单条染色体切割、并联合DOP-PCR扩增及荧光原位杂交（FISH）技术进行微卫星位点染色体定位，运用群体遗传学及系统发育理论等多重分析方法，重点：（1）首先，基于序列及频率数据，通过分析染色体重排与群体基因流关系来探讨重组抑制的作用，（2）其次，基于频率数据，通过分析重排与非重排染色体间基因流差异来探寻重组抑制的影响，（3）并特别基于FISH标记分析重排起源、基于溯祖理论推测合理种群树，对易位重排多态式样是如何在种群中分化形成进行解读。期望通过多层次多侧面的分析，对染色体重组抑制这一在物种进化领域颇受关注话题进行增补或修订。

染色体重排在物种形成过程中扮演了何种角色，是物种形成领域研究热点之一。染色体重组抑制假说认为，染色体重排（倒位、易位等）将抑制有性生殖过程中同源染色体对间的遗传信息交换，引起重排与非重排染色体间遗传差异增加，限制了群体间的基因交流而促进了物种分化。该假说在发生倒位、或融合的动植物类群中，得到了直接实验数据的验证。但是，检验多局限于少数几个经典重排类群，且未在易位重排的类群中进行检验。本项目以在自然界罕有发现的两栖类棘腹蛙染色体多态为例，针对以往未曾涉入的染色体易位重排类群，采用mtDNA、核基因、及微卫星等多重分子标记，特别引入单条染色体显微切割、并联合LA-PCR、MDA及MALBAC等多种单细胞全基因组扩增（WGA）方法和荧光原位杂交（FISH）技术进行微卫星位点染色体定位，引进前沿技术转录组测序、低覆盖度Miseq基因组测序等快速海量获取SSR位点71个， 联合染色体WGA扩增SSR位点PCR检测、染色体简化基因组与SSR位点序列比对、性别位点连锁分析等多种方法检出重排位点43个。运用群体遗传学及系统发育理论等多重分析方法，获得以下创新成果：（1）序列数据支持棘腹蛙物种的单系性；（2）SSR位点频率数据支持重排个体的单系起源；（3）通过“重排与非重排区域”、“重排和非重排个体群”、“重排个体比例”等多重推导检验，支持在棘腹蛙中，染色体重排对群体分化起到一定的作用。研究将假设延伸到了未曾涉猎的两栖动物中，并且证实如同发生在其他类群中的倒位或融合等重排类型一样，易位重排也会产生重组抑制。但是，在棘腹蛙中发生的重组抑制，可能是新近产生的，这种重组抑制暂时处于家系水平，隔离尚未导致形成地理宗。（4）提出重排扩散多态格局是 “受到选择”，而非“种群波动副产品”。研究揭示了易位重排后的重组抑制，这是对染色体重组抑制假说的一个重要补充。具有重要的学术价值。