山鹑属线粒体谱系基因组学和适应性进化研究

Understanding the phylogenetic relationship, origin and differentiation, adaptive evolution of groups closely associated with human living and productive activities is of great value to not only information of biodiversity, but also scientific theoretical significance. The Perdix belongs to Galliformes, Phasianidae, including P. hodgsoniae, P. dauuricae and P. perdix. The project intends to carry out research about comparative genomics, phylogenetic relationship, origin and differentiation, and adaptive evolution of Perdix, based on the principles and methods of mitochondrial phylogenomics. First, based on mitochondrial genomes, we will compare the structural and compositional features of Perdix. Second, combing molecular markers including mitochondrial genomes and nuclear genes, we will reconstruct robust phylogeny of Perdix. Third, using markers of mitochondrial genes, we will carry out the research on origin and differentiation. Further, based on data comparing synonymous and nonsynonymous substitution rate of mitochondrial genome protein-coding genes in three Perdix species, we will study the adaptive evolution to plateau of Perdix. Our study will clarify the speciation and the adaptive evolution features to plateau of Perdix.

研究与人类生产生活密切相关类群的系统发育关系、起源和分化、适应性进化，不但能为生物多样性保护提供重要信息，而且具有重要的科学理论意义。山鹑属隶属于鸡形目雉科，包括高原山鹑、斑翅山鹑和灰山鹑3个物种。本项目拟应用线粒体谱系基因组学原理和方法，开展山鹑属比较基因组学、系统发育关系、起源和分化、适应性进化研究。首先，基于线粒体基因组数据，比较山鹑属物种的结构和组成特征；其次，联合线粒体基因组和核基因分子标记，构建稳健的山鹑属系统发育关系；再次，利用线粒体基因标记，进行该属起源和分化的研究；最后，通过比较山鹑属3个物种线粒体基因组蛋白编码基因的同义和非同义替换速率，揭示该属对高原环境的适应性进化。本研究有助于阐明山鹑属物种形成及高原适应性进化特征。

山鹑属鸟类隶属于鸡形目雉科，包括高原山鹑、灰山鹑和斑翅山鹑3个物种，是进行线粒体谱系基因组学和适应性进化研究理想的实验材料。本项目获得了3种山鹑属鸟类的线粒体基因组和部分核基因数据。基于线粒体谱系基因组学原理和方法，利用已获得的分子数据，本项目进行了线粒体比较基因组学、系统发育、起源和分化、适应性进化研究。结果表明，3种山鹑属鸟类中，高原山鹑线粒体基因组长度为16697bp，灰山鹑为16699bp，斑翅山鹑为16694bp。线粒体基因组编码37个基因（13个蛋白编码基因、2个rRNA基因和22个tRNA基因），外加1个控制区，具有类似的碱基组成、密码子使用频率和RNA二级结构。基于线粒体基因组、核基因联合数据集构建的系统树均支持灰山鹑和斑翅山鹑形成姐妹群，高原山鹑位于山鹑属基部位置。基于线粒体基因组蛋白编码基因联合数据集估算的分歧时间结果表明，灰山鹑和斑翅山鹑之间的分化时间为3.76 (95% HPD = 2.54-5.19) Mya，高原山鹑和灰山鹑/斑翅山鹑分支之间的分化时间为5.7 (95% HPD = 3.98-7.33) Mya。山鹑属分支作为前景枝，其他鸡形目物种作为背景枝，基于蛋白编码基因进行的选择压力分析结果表明，BEB分析共筛选出17个正选择位点，分别位于nad1、nad2、cox3、nad3、nad4、nad5、cytb和nad6基因中。其中，nad6中的正选择位点氨基酸V可能在其适应环境中发挥着重要作用。本项目为阐明山鹑属起源进化和高原适应性提供了分子数据，有助于后续进一步研究山鹑属物种的形成和分化。