摘要日本蟳(Charybdis japonica)在我国广泛分布于黄渤海、东海等沿岸海域。栖息地环境是物种生存的基础,而广泛分布的同一群体也会对相应栖息地的适应性不一致。温度是海洋物种不可或缺的环境条件之一,广泛分布的物种种群在应对栖息地的环境温度变化时,其适应性机制也各不相同。目前全球气候变化对海洋环境造成的不利影响已经对日本蟳资源量造成了损失,因此,阐述日本蟳不同地理群体对于栖息地环境的适应性尤为重要。本研究从转录组水平上对日本蟳不同地理群体进行了分析,从分子水平阐明日本蟳不同地理群体对于环境适应性的研究奠定了基础。主要包括以下几方面:<br> 1.日本蟳不同地理群体比较转录组研究<br> 日本蟳的分布广泛,而栖息地的环境对物种来说是生存的基础,因此为了探究日本蟳群体对所在栖息地的适应性是否具有差异性,本研究对共5个群体的日本蟳进行比较转录组分析。结果表明,5个群体的24个样品经过过滤后共得到185.19Gb clean reads,碱基质量值大于Q30的序列比例至少为89.92%。将clean reads与日本蟳基因组数据进行比对,结果表明日本蟳5个群体的总匹配度为60.43%-88.38%,这说明转录组测序结果的可信度较高。挑选新转录本,结果显示共有46,231个新转录本,其中有3,227个新基因。此外,与舟山对照组相比,连云港群体、烟台群体、大连群体、台州群体分别有1,362、646、238、211条高表达基因,低表达基因分别有2,188、770、181、113条。通过差异表达基因GO富集结果表示,其差异基因主要富集在翻译、蛋白激酶活性、核糖体、GTP酶活性等GO词条中。从KEGG富集结果来看,5个群体的KEGG富集通路大多与信号转导、翻译、运输和分解代谢、心血管疾病等相关。舟山群体vs烟台群体这组中并没有明显富集的通路,而舟山群体vs连云港群体组中的表达量最为显著。结合差异表达基因的注释信息,可以推测这些通路与代谢、生长、免疫等方面相关,说明日本蟳的5个群体在对于环境适应性机制上均有差异。<br> 2.温度胁迫下日本蟳南北地理群体比较转录组研究<br> 日本蟳是甲壳类,其中环境温度对于甲壳类来说是最重要的生存条件之一。本研究对日本蟳的南方(舟山)和北方(大连)群体进行了高温与低温胁迫的转录组研究。结果表明,18个样品获得的原始数据经过过滤后共得到107.26Gb clean reads,碱基质量值大于Q30的序列比例至少为89.42%。与日本蟳基因组数据进行比对,结果表明,比对的总匹配度为74.80%-89.16%。此外,共有45,952个新转录本,其中有3,124个新基因。在舟山群体中,与舟山对照组相比,舟山高温组有28和5个下调基因;舟山低温组有68个上调基因和870个下调基因。在大连群体中,与大连对照组相比,大连高温组有84个上调基因和196个下调基因;大连低温组有182个上调基因和127个下调基因。在高温与低温胁迫下,大连与舟山群体的差异表达基因最为显著的GO terms与蛋白质合成、细胞分裂、信号转导、细胞生长、发育和衰老等生理过程相关。KEGG通路富集表明,大连群体高温组与低温组的差异表达基因分别被富集在152、100条通路中,舟山群体高温组与低温组的差异基因分别被富集在7、88条通路中。结合差异表达基因的注释信息,推测两个日本蟳群体在温度胁迫下的差异基因主要与信号转导、脂质代谢、免疫系统、免疫疾病相关。<br> 3.基于转录组SNP位点的日本蟳群体遗传结构研究<br> 为了了解日本蟳的群体遗传多样性,本研究基于转录组数据的SNP结果对日本蟳群体进行遗传结构分析。结果显示5个地理群体共检测到的SNP位点为612,604个,变异的SNP位点主要以碱基转换为主,转换颠换比(Ti/Tv)为2.30。结果还显示SNP变异共检测到91,726个,这些SNP多位于基因间区,其次为外显子区与UTR3。位于基因编码区的SNP 一共有22,583个,其中同义突变与非同义突变总占比为99.76%。通过系统进化树可知,5个群体分为2个种群,南方(舟山与台州群体)与北方(大连、连云港与烟台群体)存在着差异性,且舟山群体与大连群体遗传分化最为明显。GO富集结果显示,5个群体中最显著的是核、内质网膜、膜被、微管依赖性运动等GO terms。KEGG富集结果显示5个日本蟳群体的候选基因大多富集在硒化合物的代谢、河马信号通路-飞、自然杀伤细胞介导的细胞毒性、血小板活化、ABC运输等通路中,表明5个地理群体的日本蟳在免疫、细胞增殖、细胞凋亡相关的通路上存在差异。研究结果表明日本蟳种质遗传多样性丰富,具有明显的地域分布规律。<br> 本研究首先对日本蟳的5个群体进行了转录组研究分析,发现南北群体对于环境的适应性能力具有差异性;再通过在温度胁迫下对南方(舟山)群体与北方(大连)群体的日本蟳进行转录组分析,发现了一些与温度相关的关键通路与基因;最后基于转录组数据的SNP位点的系统进化树分析、群体主成分分析和候选基因富集途径分析,发现日本蟳群体间具有明显的地域分布规律。
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