鲤（Cyprinus carpio）异源四倍体的亚基因组结构变异和演化研究

作     者：李承宇 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐鹏

授予年度：2022年

学科分类：0908[农学-水产] 09[农学] 

主      题：鲤 异源四倍体 比较基因组学 部分同源片段交换 结构演化 

摘      要：真骨鱼类倍性复杂,其中以异源四倍体鲤(Cyprinus carpio)、鲫(Carassius auratus)为代表的部分鲤科鱼类历经了真骨鱼类第三轮全基因组复制事件(Ts3R)后额外的第四轮全基因组倍增(Cs4R)。鲤因其优美的体形和体色、优良的生长性能、丰富的营养价值和独特的基因组加倍历史等,不仅成为世界上产量最高的淡水养殖品种和广受欢迎的观赏鱼类之一,也是探究脊椎动物基因组复制和染色体倍增演化的理想模型。以往的研究中基于基因组学和分子系统学证据鉴定出以“吻孔鲃Poropunitius-小鲃Puntius-裂峡鲃Hampala为代表的鲃系分支是异源四倍体鲤B亚基因组最可能的祖先二倍体类群,部分同源基因对的表达分化和表观调控分化也揭示了异源四倍体鲤通过精细调整两个亚基因组的表达水平来维持正常生命代谢的稳定。随着测序技术的飞速发展,多种鲤科鱼类的全基因组图谱相继构建完成,使得在全基因组范围内研究异源四倍体鲤的基因组结构演化成为可能。本文在异源四倍体鲤、鲫与近缘二倍体物种多鳞白甲鱼(Onychostoma macrolepis)、云南吻孔鲃(Poropuntius huangchuchieni)之间开展比较基因组学分析,通过全基因组共线性比较、染色体重排挖掘及部分同源重组事件鉴定,探究鲤物种形成后,亚基因组不对称演化模式下遗传结构的改变,为进一步在基因转录和表观修饰层面解析鲤异源四倍体的适应性调控机制提供关键的结构基因组学基础。主要研究结果如下:1.识别并构建了异源四倍体鲤、鲫和近缘二倍体物种多鳞白甲鱼、云南吻孔鲃两两物种(或亚基因组)间的同源基因对和共线性区块。发现四个物种(或亚基因组)间维持着良好的共线性水平,鲤、鲫B亚基因组相比A亚基因组与两个鲃系二倍体物种间具有更好的共线性关系,提示鲃系近缘二倍体更适合代替斑马鱼、草鱼等作为鲤比较基因组学分析中的参考物种。2.挖掘了四个物种(或亚基因组)间不同类型的染色体重排并定位了这些重排事件对应的历史演化阶段。其中异源四倍体鲫在多倍体形成后物种分化阶段发生了最多的重排事件,而鲤B亚基因组的核型最为保守,几乎与其祖先二倍体核型保持一致。3.分析了鲤亚基因组间染色体重排的结构特征,发现鲤亚基因组间的结构差异主要源于两个亚基因组对其各自二倍体祖先基因组结构的保留,而非基因组融合后的特异性独立演化。重排断点附近区域具有转座元件(TE)富集和部分同源基因对选择压力宽松、表达分化大的特点,揭示共线性断点作为染色体断裂重接、序列变异的热点区域,在基因组演化创新中的重要意义。4.鉴定并分析了鲤亚基因组间部分同源片段交换(HEs)和基因转换,发现B2A-单向交换的事件数目明显大于A2B-单向交换的数目,说明主效B亚基因组可能持续向非主效A亚基因组供给了更多的遗传物质。同时,两种单向交换涉及部分同源基因对的不同表达模式和功能分化,也显示出鲤亚基因组的不对称演化特征。