發(fā)布時(shí)間：2018-10-04 23:02

【摘要】：裂腹魚(yú)隸屬于鯉形目鯉科魚(yú)類,廣泛分布于青藏高原。它們對(duì)青藏高原高海拔,低溫,低氧,強(qiáng)紫外線輻射等極端環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。因此逐漸成為了一種理想的適應(yīng)性進(jìn)化研究模型。雖然近年來(lái)已有學(xué)者將裂腹魚(yú)類和親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的平原魚(yú)類做了比較分析,在一定程度上揭示了裂腹魚(yú)類的遺傳適應(yīng)性。但是有關(guān)青藏高原上親緣關(guān)系較近的裂腹魚(yú)類之間的比較研究目前還比較缺乏。在本文中通過(guò)兩項(xiàng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)的比較研究,憑借高通量測(cè)序的大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì),分別對(duì)高、中、低三個(gè)海拔鯉科魚(yú)類的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行比較分析,闡述了裂腹魚(yú)類的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及其高原適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制。首先,選擇分布于不同海拔的2種裂腹魚(yú)類:生活在較高海拔(海拔約4000米)的特化等級(jí)類群裂腹魚(yú)——軟刺裸鯉(Gymnocypris dobula)、生活在較低海拔(海拔約1200米)的原始等級(jí)類群裂腹魚(yú)——怒江裂腹魚(yú)(Schizothorax nukiangensis),同時(shí)以生活在平原的鯉科魚(yú)類——斑馬魚(yú)(Danio rerio)作為對(duì)照比較分析。應(yīng)用Illumina測(cè)序,獲得2種裂腹魚(yú)類共8個(gè)組織的測(cè)序原始reads,去除接頭以及低質(zhì)量的reads后,利用Trinity從頭組裝,得到2個(gè)物種的contigs序列,基于Transdecoder預(yù)測(cè)2個(gè)轉(zhuǎn)錄組的編碼基因,再對(duì)預(yù)測(cè)的編碼基因分別進(jìn)行NR、KOG、GO和KEGG等多種數(shù)據(jù)庫(kù)注釋。最后采用同源基因查找軟件OrthoMCL篩選得到了三個(gè)物種的同源基因聚類。經(jīng)過(guò)同源基因的序列比對(duì)以及過(guò)濾處理后,共計(jì)得到11007個(gè)單拷貝直系同源基因用于后續(xù)進(jìn)化分析。利用PAML中的自由率模型計(jì)算單拷貝直系同源基因的dN/d S值,比較發(fā)現(xiàn)裂腹魚(yú)類的進(jìn)化速率明顯較斑馬魚(yú)快,并且許多GO通路的進(jìn)化速率也顯著加快。說(shuō)明由于青藏高原的隆起,裂腹魚(yú)類的生存環(huán)境發(fā)生了改變,為了適應(yīng)環(huán)境,經(jīng)歷了一個(gè)快速進(jìn)化的過(guò)程。隨后對(duì)兩種海拔的裂腹魚(yú)分別使用PAML的分支-位點(diǎn)模型鑒定正選擇基因。它們主要分布在低氧應(yīng)答、能量代謝和心血管系統(tǒng)發(fā)育等與高原適應(yīng)性相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程。進(jìn)一步的GO富集表明在兩種裂腹魚(yú)中正選擇基因富集在不同的GO條目,提示兩種裂腹魚(yú)的對(duì)高原的適應(yīng)機(jī)制可能是不同的。其次,選擇了分布在高低兩個(gè)海拔的4種裂腹魚(yú):兩種高海拔裂腹魚(yú)——軟刺裸鯉(Gymnocypris dobula)、裸腹葉須魚(yú)(Ptychobarbus kaznakovi)和兩種亞高海拔裂腹魚(yú)——貢山裂腹魚(yú)(Schizothorax gongshanensi)、青海湖裸鯉(Gymnocypris przewalskii przewalskii),同時(shí)選擇兩種平原鯉科魚(yú)類——斑馬魚(yú)(Danio rerio)和草魚(yú)(Ctenopharyngodon idellus)比較分析轉(zhuǎn)錄組。對(duì)4種裂腹魚(yú)的5個(gè)組織提取RNA轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。按照前文類似的方法,得到了6個(gè)物種共計(jì)7532個(gè)單拷貝直系同源基因家族,提取這些基因的4倍簡(jiǎn)并位點(diǎn)串聯(lián)后,Modeltest檢測(cè)最優(yōu)模型為GTR+G+I,Paup基于最大似然法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),結(jié)果顯示高海拔裂腹魚(yú)、亞高海拔裂腹魚(yú)以及平原鯉科魚(yú)類分別各自聚為一個(gè)類群,而裂腹魚(yú)亞科魚(yú)類又聚為一個(gè)大類,并且進(jìn)化樹(shù)支持率(自展值為100)較高。參考多個(gè)已有文獻(xiàn)報(bào)道的鯉科魚(yú)類分歧時(shí)間,運(yùn)用PAML包中的MCMCtree估算了裂腹魚(yú)亞科魚(yú)類的分歧年代,結(jié)果表明,裂腹魚(yú)亞科魚(yú)類的共同祖先在3270萬(wàn)年前分化,與青藏高原第一個(gè)階段隆起的時(shí)間一致。高海拔裂腹魚(yú)分化的年代大約在810萬(wàn)年前,正好是青藏高原第二個(gè)抬升階段開(kāi)始的時(shí)間這都表明青藏高原的隆起和裂腹魚(yú)類的分化具有一致性。此外與平原鯉科魚(yú)類相比,所有裂腹魚(yú)類的dN/dS值都顯著升高,并且一些和高原適應(yīng)相關(guān)的能量代謝、低氧應(yīng)答以及DNA修復(fù)等方面的GO條目的進(jìn)化速率也明顯加快,說(shuō)明青藏高原的魚(yú)類經(jīng)歷了一個(gè)快速的進(jìn)化過(guò)程。通過(guò)分支-位點(diǎn)模型計(jì)算和似然比檢驗(yàn),在高海拔裂腹魚(yú)和亞高海拔裂腹魚(yú)中分別鑒定得到了208個(gè)和137個(gè)正選擇基因,其中僅有12個(gè)基因是重合的。分別對(duì)這些正選擇基因進(jìn)行GO富集,GO功能也呈現(xiàn)了不同的富集分布,在包括“感官器官形態(tài)發(fā)生”、“蛋白質(zhì)泛素化調(diào)節(jié)”、“血液循環(huán)”和“血管發(fā)育”等方面都出現(xiàn)了差異。這些結(jié)果提示在高海拔和亞高海拔的裂腹魚(yú)亞科魚(yú)類在青藏高原隆起的過(guò)程中可能面對(duì)不同的選擇壓力。比較正選擇基因和已知的低氧應(yīng)答相關(guān)基因,在兩個(gè)海拔的裂腹魚(yú)中分別得到了28個(gè)和21個(gè)低氧應(yīng)答相關(guān)的正選擇基因,其中部分基因還參與能量代謝過(guò)程,說(shuō)明裂腹魚(yú)類的能量代謝網(wǎng)絡(luò)和低氧應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)可能是相互聯(lián)系的。最后基于FPKM法計(jì)算了兩個(gè)海拔裂腹魚(yú)的基因表達(dá)譜,然后利用DEGseq比較基因的表達(dá)差異,顯示在肝臟、肌肉和脾臟中的差異基因數(shù)目較多,這些組織主要和代謝、免疫和造血相關(guān)。其中有27個(gè)基因既為差異基因又為正選擇基因,暗示著這些基因在裂腹魚(yú)亞科魚(yú)類適應(yīng)青藏高原環(huán)境的過(guò)程中可能發(fā)揮了重要的作用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S917.4

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本文編號(hào)：2252221