果蝇小片段插入和缺失的种群遗传和分子进化的研究

随着基因组测序技术的出现和发展，人们对基因组在单核苷酸水平上的分子进化有了较为彻底的了解。然而基因组其它的进化上的力量（例如插入缺失，转座等等）不可忽视也相对了解比较薄弱。本研究就是基于模式生物果蝇来探讨小片段的插入缺失在果蝇物种间和种群内部的进化的特征。首先，我们想通过二代测序技术基因组重测序的结果，来查找小的插入缺失在果蝇种群内的分布和了解其进化特征，并将其和单核苷酸水平的多态性进行比较。特别是通过对小的插入缺失的频谱(frequency spectra)的统计来了解自然选择在种群内部对小的插入缺失的选择作用。其次，描述种群间分化过程中，小的插入缺失在基因组不同区段（例如，编码区，调控区等等）的进化速率。 最后，我们要将物种间的分子进化的模式和种群内部隔离(segregation)的特征进行比较。建立比较种间和种内进化特征的方法，查找那些进化上在种间种内经受正选择作用的基因。

我们对编码区碱基突变的演化方式有了较为深入的研究，但是对于小片段插入缺失的研究，却较为匮乏。在本研究中，我们首先刻画了物种之间小片段插入缺失的演化特征。利用Yakuba作为外群，我们研究发现，基因编码区的小片段插入缺失的演化速率很低，只有碱基突变的3%。利用二代测序技术，本研究对一支来自非洲津巴布韦的非洲系的果蝇(Z30)进行了全基因组深度测序，并将Z30基因组和果蝇参考序列进行了比较。通过连对物种之间的分歧(divergence)和物种内的多态性(polymorphism)，研究发现小片段的插入缺失（小于10bp）的演化特征和同义突变很类似，也就说，大多数物种间和物种内存在的编码区的小片段插入缺失都是中性的。特别有意思的是，稍大片段的缺失，有很强烈的适应性进化的特征。通过统计推算，44%左右的物种间的分歧估计被适应性进化固定下来。然而，这样的特征，却没有在同等大小的插入突变中被发现。 基因区的插入缺失的演化显示了一个很动态的场景，也就是中性进化推动的较小片段的片段插入缺失伴随着适应性进化推动的稍大片段的缺失突变，一同驾驭着基因区的演化。这些发现为研究突变的适应性效应(fitness effect)和物种演化的推动力量，提供了重要的指引。