藏羚羊群体历史和高原适应进化机制

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31872213
项目类别：
面上项目
资助金额：
62.0万
负责人：
于黎
依托单位：
云南大学
学科分类：
C0401.动物进化与发育
结题年份：
2022
批准年份：
2018
项目状态：
已结题
起止时间：
2019-01-01 至2022-12-31

项目参与者：
吴晓民；王璐；苏丽娜；王晓萍；张洪峰；胡罕；匡卫民；邹天天；刘纯兵；
关键词：
种群基因组学适应性进化自然选择基因流种群历史

项目摘要

As the Tibet endemic and endangered species, Tibetan antelope is a typical species of Tibetan Plateau fauna and an important indicator species of Tibetan Plateau ecosystems. The Tibetan antelope is mainly distributed in the high-altitude (>4000m) and cold regions of the northern Qinghai-Tibetan plateaus, including Qiangtang area in Tibet, Hohxil Area and Three River Source Area in Qinghai, and Aerhchin Mountain Area in Xinjiang. Seasonal migration is an important habit for Tibetan antelope. What about the size and spatial distribution patterns of gene flow during the population differentiations of Tibetan antelopes? What are the effects of gene flow on the maintenance and development among Tibetan antelope populations? In addition, it has evolved excellent ability of anti-hypoxia, cold resistant and athletics, providing a unique animal model for studying the molecular mechanism of animal’s high altitude adaptation. This project will use the second-generation sequencing technologies to obtain the genome sequences of Tibetan antelope individuals from currently four known geographical distribution populations. Based on population genomics analyses, we first study the population differentiation and population history of Tibetan antelope, and then identify the genes that potentially related to high-altitude adaptation. Our study will provide an important reference value for the Tibetan antelope conservation and the protection policy.

藏羚羊，作为青藏高原特有珍稀土著哺乳动物，是青藏高原动物区系典型代表种和生态系统重要指示物种，主要分布在西藏羌塘，青海可可西里，青海三江源和新疆阿尔金山海拔4000米以上高原地区。藏羚羊独特的季节性生殖迁徙行为，对藏羚羊的种群遗传结构和不同地理种群间基因交流产生什么样的影响？不同地理种群在基因流大小和时空分布式样如何？都有待深入研究。此外，藏羚羊已经进化出的抗缺氧，耐高寒和卓越运动能力，为研究动物对高海拔适应遗传机制提供独特的动物模型。本项目应用群体基因组学研究手段，研究藏羚羊四个地理种群形成过程中的遗传分化，基因流和适应性进化分子机制。阐明藏羚羊不同地理种群在基因流大小和时空分布式样以及迁徙对种群遗传结构和进化过程的影响，并在此基础上，揭示藏羚羊群体形成过程中适应高原环境的全基因组分子机制。研究结果也将对该物种保护起积极作用，为青藏高原野生动物保护及生态环境保护政策制定提供重要参考。

结项摘要

藏羚羊，作为青藏高原特有土著有蹄类动物，是青藏高原动物区系典型代表种和生态系统重要指示物种。本项目利用群体基因组学方法，对藏羚羊3个地理种群的遗传多样性、遗传分化、群体历史和适应性进化分子机制进行了研究。主要研究结果如下：1）利用Nanopore测序技术获得了一个高质量的藏羚羊参考基因组，基因组大小为2.61Gb，Contig N50长度为41.87Mb，为后续开展群体基因组学研究奠定基础；2）在历史上，尽管藏羚羊种群数量下降了90%，与其他有蹄类动物相比，藏羚羊群体维持相对较高的基因组遗传多样性和极低的近交水平，说明其仍然保持较高水平的进化潜力和生存潜力；3）基于核基因组、线粒体基因组和Y染色体分别构建了藏羚羊系统发育关系，发现来自3个地理种群的个体相互交错聚类，在线粒体基因组和Y染色体的拓扑树上有深度遗传分化，而在核基因组上没有明显的遗传结构，这可能是在“青藏运动“时期地理上孤立的避难所和后来长期的种群融合导致的。此外，通过比较线粒体基因组和Y染色体的遗传分化水平，发现不仅雌性迁徙对藏羚羊种群基因组同质化起着重要的作用，而且雄性迁徙也具有重要的贡献；4）通过构建种群历史和物种分布模拟，发现藏羚羊历史种群波动与青藏高原古气候变化以及高原人群的干扰密切相关，特别是新石器以来人类活动可能导致藏羚羊种群至少发生了两次瓶颈；5）在群体水平上开展正选择基因检测，发现候选的正选择基因在适应性免疫系统通路显著富集，推测藏羚羊为了适应人类活动导致细菌病原体和寄生虫感染的环境压力，使得在免疫相关的基因发生了正选择，这也可能是藏羚羊种群快速恢复的遗传基础；6）通过比较基因组学分析，在高海拔的藏羚羊物种中检测到了大量特有的插入缺失结构变异，相关基因显著富集到HIF-1信号通路，揭示了高海拔适应的遗传机制。本项目的实施加深了我们对藏羚羊的种群遗传格局、种群历史及形成原因，以及高海拔适应遗传基础的认识，也为该物种保护制定科学性的保护管理策略提供理论支撑。