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荒漠特有地鸦属鸟类的适应性进化研究

批准号:
32100332
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
郝艳
学科分类:
动物进化与发育
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
郝艳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
自达尔文时代起,适应性进化一直是进化生物学和生态学领域研究的重要科学问题之一。全球气候变化对物种的生存影响很大,特别是对于极端环境分布的物种。近年来动物对青藏高原极端环境的适应进化有广泛而深入的研究,而较少关注荒漠极端环境的适应问题。地鸦属鸟类全世界有4种,包括白尾地鸦(我国塔克拉玛干沙漠特有种)、黑尾地鸦、波斯地鸦和里海地鸦,均为典型的干旱荒漠特有种,且与远缘的青藏高原地山雀存在明显的表型趋同(如长而下弯的喙、较长的跗趾和接近环境背景的沙褐色体羽等)。本项目拟选择地鸦类为研究对象,采用三代测序技术构建两个高质量基因组(地鸦属两个支系各一个代表物种,即白尾地鸦和波斯地鸦),并运用比较基因组学方法,从位点、基因、基因家族、生物功能和通路等多个角度检测这些物种如何适应荒漠极端环境,挖掘其与地山雀表型趋同的分子遗传机制。研究结果对于理解物种如何适应荒漠极端环境、如何趋同演化具有重要的科学意义。
英文摘要
Since the Darwin era, adaptive evolution has been one of the important scientific issues in the fields of evolutionary biology and ecology. Global climate change has a considerable impact on species. In particular, the influence of climate change on animals is exacerbated in extreme environments. Recently, there have been extensive and in-depth studies on how animals adapted to the Qinghai-Tibet Plateau, while few studies have explored the desert adaptation. There are 4 Podoces species recognized globally which are endemic to the arid deserts and have obvious phenotypic convergence with the distantly related species, the ground tit (Pseudopodoces humilis) that is native to the Qinghai-Tibet Plateau (such as the long and decurved beak, long tarsus, and sand-brown feather). In this study, we aim to firstly assemble the high-quality genome of two Podoces species (one representative species in each of the two branches of Podoces, i.e., Podoces biddulphi and Po. pleskei) using third-generation sequencing, and then detect the signals of the desert adaptations of the species, and finally explore the convergent mechanisms of the phenotypes between Podoces and the ground tit at the levels of the locus, gene, gene family, and biological function and pathway by a comparative genomic approach. These findings will greatly facilitate the understanding of desert adaptation and convergent evolution.
适应性进化是进化领域的核心科学问题之一。全球气候变化对物种生存有着很大的影响,特别是对于极端环境(如干旱荒漠、青藏高原等)分布的物种,因此,了解极端环境下野生动物适应性进化的遗传基础至关重要。鸟类对极端环境的适应表现在形态、生理、生态等多种特征水平,而对这些适应特征背后的分子遗传机制的系统研究还相对较少。.本项目首先聚焦于荒漠特有类群——地鸦类,探讨了其对极端环境适应遗传机理。项目产生了白尾地鸦和黑尾地鸦的染色体水平基因组及波斯地鸦、里海地鸦、松鸦、喜鹊的基因组,确定了地鸦类的单系性,揭示了其大约起源于12 Mya,在10、3和2 Mya发生了进一步分化。基因组的比较发现,与能量代谢和水稳态维持功能相关的蛋白编码基因、基因家族和保守的非外显子元件在地鸦中均受到了特异且广泛的加速选择作用。还发现结构变异也可能是地鸦荒漠适应中的一种重要进化驱动力。研究表明物种的荒漠适应模式是由多个尺度遗传变异的协同演化塑造的。趋同演化是适应性进化中最典型的研究范例。研究适应性趋同有助于理解进化的可重复性以及可预测性。因此,本项目对地鸦类和青藏高原地山雀表型趋同进行量化分析,并在全基因组水平对其趋同机制进行了解析。通过整合了青藏高原雪雀的基因组和转录组数据,项目发现鸟类编码区和非编码区在高原适应过程中发挥显著异质的功能。项目还系统性综述了物种适应性演化的分子遗传机制,提出了主效基因、超基因、多基因遗传、非编码区调控、重复序列调控、基因渐渗等多种假说。.综上,项目所得结果有助于理解物种如何适应极端环境,有助于获得对趋同演化基因组模式及机制的规律性认识,同时为预测鸟类甚至其他动物类群面对全球温度升高、干旱和荒漠化做出何种进化反应提供了重要的理论依据,也为后续更多物种适应性进化系统研究提供了理论框架和研究思路。.
雪雀类的系统发育基因组与适应性演化研究
  • 批准号:
    32570498
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    郝艳
  • 依托单位:
国内基金
海外基金