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兰州大学通过基因组学手段揭示中国境内鼢鼠的系统发育和成种动力

发布时间:2022-05-07 字体大小T|T

    2022年5月6日,由兰州大学牵头、联合中国科学院西北高原所和以色列海法大学在国际著名期刊Proceedings of the National Academy of Sciences在线发表了题为“Genomic insights into zokors’ phylogeny and speciation”的研究成果。该研究通过基因组学手段阐明了鼢鼠亚科在鼹形鼠科中的分类学地位,以及中国境内凸颅鼢鼠属系统发育关系和成种动力;解析了不完全谱系分选和渐渗对系统发育树的影响以及基因组分化岛屿形成的原因。

   

    鼢鼠亚科隶属于啮齿目,鼹形鼠科,分为平颅鼢鼠属和凸颅鼢鼠属,有8个物种分布在中国。鼢鼠在鼹形鼠科中的分类学地位以及鼢鼠亚科内部各物种之间的系统发育关系一直是分类学家和动物学家争论的焦点,以往研究利用分子标记,单基因或者形态数据构建出来的进化树形各不相同。凸颅鼢鼠属真实的系统发育关系以及导致系统发育树不一致的原因未有定论。

图1 中国境内鼢鼠亚科的系统发育

    本研究通过全基因组HiFi+Hi-C测序构建了中华鼢鼠完整的染色体水平的基因组。证明了在鼹形鼠科中,鼢鼠亚科与竹鼠亚科的亲缘关系更近,分化时间大约在26.9 Mya,而鼹形鼠亚科的分化比它们早2 Mya左右,导致这三个亚科系统发育关系混乱的主要原因是渐渗。在鼢鼠亚科内部,全基因组SNP树和线粒体树不一致,物种树和溯祖树也不一致。基因流分析表明中华鼢鼠所在节点的不一致树形的成因是祖先基因流,而近期快速辐射成种的甘肃鼢鼠所在节点的不一致树是受到不完全谱系分选的影响。

图2 D-statistics鉴定种间渐渗(左)和DFOIL祖先渐渗(右)

    凸颅鼢鼠各物种的有效种群大小受到气候、植被和海拔的影响。360万年前,凸颅鼢鼠属的部分群体随青藏高原隆升至高海拔地区,在~3.22 Mya分化产生高原鼢鼠一支,后在Naynayxungla冰期 (NG, 0.5~0.78 Mya) 时,部分鼢鼠群体为获得更好的食物资源迁移至更加温暖的秦淮以南,在75万年前分化产生斯氏鼢鼠;位于低海拔的谱系在240万年前分化出中华鼢鼠;160万年前黄土高原C4植物出现了扩张,以C4植物为食的鼢鼠为获取食物从秦岭地区向北部黄土高原扩张,在146 万年前分化产生甘肃鼢鼠;Penultimate glaciation 冰期 (PG, 135~194 kya) 时,秦岭地区被冰川覆盖,部分鼢鼠群体为获取食物迁移到更加温暖湿润的秦淮以南,在44 万年前分化出罗氏鼢鼠。

图3 凸颅鼢鼠属物种形成

    本研究表明不同物种之间的基因组分化岛屿区的成因是祖先多态性和搭载效应。高原和斯氏鼢鼠不但要适应地下缺氧高二氧化碳,而且要适应高海拔低氧,因而与心室大小、心脏发育、血管生成、DNA修复、神经系统发育和抗肿瘤等相关的基因受到选择。本研究探讨了鼢鼠系统发育混乱的生物学原因,解析了凸颅鼢鼠的进化路线和成种动因。金沙1991ccAPP硕士生刘希、西高所副研究员蔡振媛、金沙1991ccAPP硕士生张上哲和匡卓然为文章并列第一作者,李克欣教授和Eviatar Nevo教授为文章通讯作者,该研究得到国家自然科学基金、十四五重点研发计划、甘肃省基础研究创新群体等基金支持。
    文章链接:
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121819119
    该研究团队长期关注害鼠的适应与治理研究工作。一直以来,甘肃,青海,宁夏,内蒙和东北等地鼠害严重,对农作物,林地和草地造成大面积破坏。过去五十年来,当地群众一直采用地箭或者化学药剂等手段进行灭鼠,但成效甚微。地箭灭鼠成功率低,耗费大量的人力物力财力;化学药剂会误杀以其为食的物种,破坏食物链平衡,药物也会造成土壤、地下水污染,危害人类健康,与保护环境的基本国策和“两山论”相悖。亟需寻找科学有效地控制害鼠种群大小的方法。本研究解析了第一个染色体水平的鼢鼠基因组,阐明了鼢鼠适应与进化的基因组学特征,为从基因、遗传水平研发有效的控鼠策略奠定了坚实的基础。

                                                             撰稿人:刘希