斑鰶全基因组组装及基于微卫星的群体遗传学研究
作者单位：浙江海洋大学
学位级别：硕士
导师姓名：刘炳舰
授予年度：2022年
主 题：斑鰶 基因组 比较基因组学 微卫星分子标记 群体遗传学
摘 要：斑鰶(Konosirus punctatus)为鲱形目(Clupeiformes)、鲱科(Clupeidae)、斑鰶属(Konosirus)中唯一的一种鱼类;广泛分布于印度洋至太平洋地区。近年来随着环境污染和栖息地破坏,野生斑鰶数量急剧下降;同时,斑鰶也面临着较高的捕捞压力,已经出现了小型化和低龄化等趋势。群体遗传学可用于检测群体的遗传多样性以及解析群体的遗传结构,为斑鰶渔业资源的管理和利用提供重要理论依据。但是,关于斑鰶群体遗传方面的研究还只停留在线粒体基因以及少量的核基因分子标记,而且斑鰶完整基因组的信息仍然匮乏。因此,本研究基于高通量测序技术对斑鰶全基因组进行了测序和组装,开发了一批微卫星分子标记,对斑鰶进行了群体遗传学分析。主要研究结果如下:1、采用从头测序和组装技术获得了斑鰶染色体水平的基因组序列;斑鰶基因组的大小约为800.54Mb;经Hi-C辅助组装,最终确定染色体条数为24条,Scaffold N50的评估长度为32.23Mb,染色体锚定率为98.58%;BUSCO评估完整性高达93.54%,SNP和In Del纯合率分别为0.007%和0.018%,证明基因组组装质量较高。使用从头预测、蛋白质和核苷酸水平的预测对斑鰶基因组重复序列注释,经过去冗余后注释得到的重复序列为296.85Mb,占整体基因组大小的37.08%;对蛋白编码基因的注释共得到24,298个,其中有91.08%的基因被成功注释,剩余未注释成功的8.92%(2,167)基因可能为斑鰶所特有。2、通过将斑鰶与其它十种亲缘关系较近的鱼类进行基因家族聚类分析,鉴定出斑鰶特有的基因家族为195个。系统发育分析表明斑鰶与大西洋鲱的亲缘关系最近,二者大约在9,500万年前出现了分化。对基因家族扩张和收缩事件分析发现分别有512和2,099个基因家族经历了扩张和收缩。通过对斑鰶进行正选择分析,结果鉴定出565个正选择基因,这些基因可能对斑鰶的适应性进化具有重要的作用。3、基于斑鰶参考基因组数据对微卫星分子标记(SSR)类型进行统计分析,共鉴定出了1,953,894个微卫星位点,其中两碱基重复类型最多(1,560,630),占总数的79.87%。随机挑选40对两碱基类型进行引物合成及扩增,最终成功筛选出20个稳定多态的微卫星分子标记,它们的多态性指数均大于0.5。4、利用筛选出的20个微卫星分子标记对12个斑鰶群体进行遗传分析,共检测等位基因(N)的个数为211个,平均值为10.529;平均期望杂合度(H)的范围为0.732～0.813;平均观测杂合度范围(H)为0.611～0.755;平均香农信息指数(I)范围在1.716～2.030;所有群体的近交系数范围为0.743到0.836;多态信息含量(PIC)的范围为0.700到0.793,说明这些野生斑鰶群体的遗传多样性水平较高。分子方差分析表明12个斑鰶群体的遗传差异主要来自个体间;斑鰶群体之间存在小但显著的遗传分化水平。NJ树与Structure的遗传结构较为一致,结果显示日本佐贺(RZ),韩国全罗道(HQ)和辽宁丹东(DG)组成一个类群,河北秦皇岛(QHD),山东东营(DY),山东莱州(LZ),山东日照(SRZ),江苏吕四(LS)、浙江舟山(ZS)和浙江温州(WZ)组成一个类群,广东汕尾(SW)和广东汕头(GS)组成一个类群;而UPGMA聚类与NJ树在结构上极为相似。此外,斑鰶群体近期并未经历遗传瓶颈效应。本研究首次完成了对斑鰶基因组染色体水平的组装,并完成了对其基因组注释以及比较基因组学分析工作;基于组装后的斑鰶参考基因组进行了微卫星分子类型的统计分析以及应用,使用筛选得到的微卫星分子标记对斑鰶进行了群体遗传学分析。综上所述,该研究可为斑鰶资源的管理以及合理的利用提供理论依据,同时也为深入了解斑鰶的适应性机制以及遗传学的研究奠定了基础。
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