种间渐渗影响褐家鼠适应能力的行为遗传学研究

Brown rats (Rattus norvegicus) are successful global colonizers and the contributions of their domesticated laboratory strains to biomedical research are well established. Surprisingly, little is known regarding the genetic background of the adaptations of the wild Brown rats. In previous study, we analyzed 51 whole-genome sequences of wild-derived Brown rats and their sibling species, R.nitidus, and revealed that there was a influx of genes between Brown rats and the sibling species following the divergence, resulting in numerous introgressed regions including genes related to chemical communications, immune response and reproduction, in the genomes of admixed Brown rats. However, the contributions of these introgressed regions, the exact gene and signal pathway, to adaptation of the rat remain unclear. In the present study, using research method of population genomics, molecular biology, and animal behavior, we hope to decipher the contributions of specific gene and pathway to adaptation of the rat by integrative analysis of allele frequencies, behavior and phenotype in admixed and non-admixed populations. We hope it will offer new insights into the effect of interspecies introgression on animal adaptation, and promote a better theoretical understanding and more effective management of the major agricultural pest.

褐家鼠是生态适应能力很强的害鼠，但其野外种群适应生境的遗传基础仍知之甚少。我们前期通过对褐家鼠及其姊妹种进行全基因组测序及分析，发现分化后的两物种仍发生过基因交流，褐家鼠基因组中保留下来的种间渐渗区间主要与化学通讯、免疫防御反应及生殖细胞发育有关。但这些渐渗区间是否有助于褐家鼠的行为及生态适应？位于渐渗区间内的多个基因，究竟是哪个基因起作用，发挥作用的机制是什么？目前仍不清楚。在此基础上，本项目拟综合运用群体基因组学、分子生物学、行为学等多学科的研究手段和技术，以探讨与野外褐家鼠适应能力有密切关系的行为的遗传基础为切入点，结合不同群体的行为及表型分析结果，进一步筛选位于种间交流区间内的具体基因并开展功能研究，旨在从姊妹种间基因交流的角度揭示这些经历过自然选择的渐渗区间在褐家鼠行为及生态适应中的作用及机制，为理解种间遗传物质交流在动物适应性进化中的作用提供证据，为害鼠的可持续控制提供借鉴。

褐家鼠作为全球适应能力最强的物种之一，为研究物种的生态适应性提供了良好的研究素材。为了更好地理解我国广泛分布的褐家鼠野外种群的遗传分化及生态适应，本项目综合运用群体基因组学、分子生物学及行为学等多学科的研究技术，探讨野外褐家鼠生态适应的遗传基础。通过项目实施，从基因组水平，发现我国的褐家鼠群体发生了明显的遗传分化，发现了一些与褐家鼠群体分化及气候适应有关的位点。进一步以新近入侵的褐家鼠种群为研究对象，发现褐家鼠入侵种群和原生地种群之间产生了明显的遗传分化，证明了入侵新疆的褐家鼠种群来自我国北方的地理区域，入侵种群具有较低的遗传多样性，在入侵种群中发现了四十多个受到正向选择的、与化学刺激、信号转导和免疫感知相关的基因，揭示了入侵褐家鼠种群在近期侵袭过程中的快速进化。通过对野生褐家鼠和近缘姊妹种大足鼠的群体基因组数据进行结构变异分析，发现褐家鼠的嗅觉受体、羧酸酯水解酶产生了拷贝数变异，提示嗅觉受体在两个物种间产生了适应性的进化，羧酸酯水解酶的拷贝数变异可能对褐家鼠的快速适应农田环境发挥了重要作用。为了解析啮齿动物学习记忆等高级认知行为的遗传学基础，本项目通过检测经历过不同行为测量范式的动物海马中mRNA和lncRNA表达谱的变化，发现了与情绪相关的行为分析所调节的独特和共享的mRNA和lncRNA，揭示了啮齿动物不同的行为学测量范式和重复的行为学测量对动物行为的影响。此外，通过项目实施，开发了一种有效且可靠的在全基因组中解析DNA甲基化和遗传变异的新方法----DSBS；开发了从DNA甲基化角度研究个体间及个体组织内表观遗传异质性的方法；开发了从全基因组水平解析同义突变影响转录后调控的新工具----PIVar，为从遗传和表观遗传角度揭示褐家鼠生态适应的分子基础提供了新的工具。本项目发表SCI收录的研究论文6篇。