2022-09-26
《Frontiers in Genetics》
影響因子：4.772
近日，上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院在遺傳學(xué)領(lǐng)域《Frontiers in Genetics》發(fā)表新研究成果！該文基于中國19個(gè)地理區(qū)系的137個(gè)野生黃鱔（Monopterus albus），進(jìn)行了遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)分析，為黃鱔種質(zhì)資源保護(hù)和人工育種提供了新思路。小派今天就分享這篇基于群體進(jìn)化標(biāo)準(zhǔn)分析而發(fā)高分的文章解讀，文章的原文索引及鏈接見文章末尾。
研究背景
黃鱔（Monopterus albus）常見于稻田、泥塘和沼澤地區(qū)，廣泛分布于印度-馬來亞群島、日本、俄羅斯亞洲部分、中國、緬甸和印度北部。近年來，由于各種農(nóng)藥使用量的增加和工業(yè)污染物的排放，野生黃鱔棲息地惡化，捕撈使黃鱔種質(zhì)資源大大減少。我國黃鱔群體已分化為具有不同遺傳特性的地方群體，勢必導(dǎo)致物種基因的相互滲透，對種質(zhì)資源質(zhì)量造成不可挽回的損害。群體進(jìn)化分析有助于通過發(fā)現(xiàn)黃鱔隱存種，了解黃鱔分類，進(jìn)而為黃鱔生物地理學(xué)和進(jìn)化多樣化提供了研究基礎(chǔ)。黃鱔是最受歡迎的淡水養(yǎng)殖魚類之一，2012年產(chǎn)量為320,966噸。然而，產(chǎn)量不足以滿足消費(fèi)者的需求。因此，研究黃鱔的遺傳多樣性勢在必行，對野生黃鱔資源保護(hù)和種質(zhì)育種具有積極作用。
研究材料與方法
1、實(shí)驗(yàn)材料
在中國19個(gè)采樣點(diǎn)共采集野生黃鱔137個(gè)樣本。
2、測序平臺
Illumina NovaSeq
3、測序方案
簡化測序（dd-RAD）
4、分析內(nèi)容
采樣地圖繪制、系統(tǒng)發(fā)育分析、主成分分析、群體遺傳結(jié)構(gòu)分析、遺傳多樣性分析、分化系數(shù)Fst分析等。
研究結(jié)果
1. 黃鱔19個(gè)群體的SNP分析
在19個(gè)黃鱔群體中，共檢測到8,941,794個(gè)SNP。并進(jìn)行了在長度排名前20的scaffolds中SNP的分布分析，結(jié)果表明，SNP變異的分布不均勻。突變頻譜和堿基偏好性分析表明，全基因組SNP變異可分為六種類型，以T:A>C:G和C:G>T:A為主要SNP變異。進(jìn)一步分析表明，在SNP變異位點(diǎn)前后沒有堿基偏好性。使用ANNOVAR軟件進(jìn)行SNP注釋分析，結(jié)果表明，突變位點(diǎn)主要集中在內(nèi)含子區(qū)和基因間區(qū)。
圖1：黃鱔19個(gè)群體的地理分布圖
2. 系統(tǒng)發(fā)育和主成分分析
基于SNP位點(diǎn)的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，19個(gè)黃鱔群體可依據(jù)親緣關(guān)系分為四個(gè)組（圖2A）。第一組包括蕉嶺縣（JL）和鄱陽湖（PYH）群體；第二組包括成都市（CD）、大理市（YN）、偶里村（EL）、洞庭湖（DTH）、霍邱縣（HQ）和巢湖（CH）群體；第三組包括濮陽市（PY）、崇明島（CM）、太湖（TH）、高郵湖（GYH）、微山湖（WSH）、海門市（HM）、洪澤湖（HZH）、白洋淀（BYD）、大孤山（DGS）和平湖市（PH）群體；第四組包括陵水縣（LS）群體。PCA分析證實(shí)了系統(tǒng)發(fā)育分析的結(jié)果（圖2B）。
圖2：基于單核苷酸多態(tài)性（SNP）構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹（圖A）和主成分分析（PCA）（圖B）
3. 群體遺傳結(jié)構(gòu)
使用ADMIXTURE軟件（http://dalexander.github.io/admixture）計(jì)算的不同K值下的CV誤差，在K=4時(shí)，群體遺傳結(jié)構(gòu)最接近真實(shí)情況（圖3A）。LS組從一個(gè)單獨(dú)的祖先進(jìn)化而來，CD、DTH、HQ和YN群體似乎是由2個(gè)祖先進(jìn)化而來的。JL和PYH是由3個(gè)祖先進(jìn)化而來（圖3B）。此外，BYD、GYH、HM、HZH、PY和WSH可能是雜合群體，存在祖先2和3的雜交。CH和EL群體具有來自祖先3和4的基因。值得注意的是，CM群體的祖先數(shù)量最多，是其中三個(gè)祖先（2、3和4）的后代（圖3B）。
圖3：Admixture K估計(jì)可能的K值（圖A）和假設(shè)祖先數(shù)為2-4時(shí)的群體遺傳結(jié)構(gòu)分析（圖B）
4. 遺傳多樣性分析
遺傳多樣性分析結(jié)果表明，在19個(gè)黃鱔群體中除LS和CM外，觀察到的所有群體的雜合度均低于預(yù)期（表1）。CM（0.19）、GYH（0.17）和HM（0.17）的核苷酸多樣性（Pi）相對較高，LS（0.01）、EL（0.04）和JL（0.05）的核苷酸多樣性（Pi）較低。HZH（0.14）、TH（0.10）和WSH（0.10）的近交系數(shù)（Fis）較高，LS（0.003）、EL（0.02）和JL（0.02）較低（表1）。
表1 黃鱔19個(gè)群體的遺傳多樣性系數(shù)
5. 群體分化
黃鱔大多數(shù)群體的Fst值大于0.15，表明群體之間存在顯著的遺傳分化（表2）。LS群體與其他群體的分化程度最高，F(xiàn)st值為0.64-0.89。CM與15個(gè)群體（DGS、JL和LS群體除外）之間的Fst值均低于0.25，群體分化程度較低。在DTH和CH（0.09）以及在YN和HQ（0.09）群體之間觀察到最低的Fst值。值得注意的是，F(xiàn)st的最高值出現(xiàn)在LS和EL（0.89）群體之間（表2）。
表2 19個(gè)黃鱔群體的Fst分布
結(jié) 論
本研究利用簡化基因組測序技術(shù)對中國19個(gè)野生黃鱔群體進(jìn)行了單核苷酸多態(tài)性(SNP)檢測，并利用SNP標(biāo)記研究了黃鱔的遺傳多樣性和群體遺傳結(jié)構(gòu)。研究表明，我國不同地區(qū)的黃鱔存在顯著的遺傳分化。位于長江下游平原的長江三角地區(qū)黃鱔遺傳多樣性最高。然而，山區(qū)（JL和EL）和島嶼（LS）的遺傳多樣性最低。西南地區(qū)黃鱔群體（CD、DTH和YN）與安徽群體關(guān)系密切，沿海地區(qū)與內(nèi)陸種群有明顯差異。因此，可以估計(jì)野生種群的遺傳多樣性較高，種質(zhì)資源也較好。應(yīng)進(jìn)一步采取措施，保護(hù)這些良好的野生資源，并將其轉(zhuǎn)化為人工育種親本，使黃鱔野生種質(zhì)資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用。
本研究的簡化基因組測序和部分分析由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。如需進(jìn)一步討論，歡迎發(fā)郵件或者致電我們喲（郵箱地址：[email protected]，聯(lián)系電話：025-56165883-832）！
文章索引：
Lv W, Yuan Q, Huang W, et al. Asian Swamp eel Monopterus albus Population Structure and Genetic Diversity in China[J]. Frontiers Genetics, 2022, 13:898958. doi: 10.3389/fgene.2022.898958.
原文鏈接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2022.898958/full
