基于简化基因组测序技术（RAD-seq）解析我国松江鲈种群遗传特征与保护单元

Population genetic characteristics are fundamental to the understanding of the evolutionary and ecological process that influence biodiversity and provide explicit framework for conservation of species. With the recent advances in next-generation sequencing technology, delineating population genetic characteristics and conservation units by integrating data on neutral and adaptive genetic variation at the genome level become the hotspots in the field of population genetics and conservation genetics. The Roughskin sculpin (Trachidermus fasciatus Heckel), a small catadromous fish species, is a second class state protected aquatic animal in China. Clarifying the population genetic characteristics and genetic mechanisms underlying local adaptation is of critical importance to inform conservation and management decisions for this species. In the present project, genome wide single-nucleotide polymorphisms (SNPs) for roughskin sculpin collectd from seven locations in China will be developed by using restriction-site-associated DNA sequencing (RAD-seq). These SNPs will be used to inference population genetic parameters including genetic diversity, fine population genetic structure, effective population size, gene flow rates of this species and delineate conservation units. Furthermore, candidate adaptive SNP loci underlying adaptive response will be identified and the genetic mechanism of local adaptation in roughskin sculpin will be elucidated. Using these information, the evolutionary significant units and management significant units will then be delineated. These results will be useful when applied to fisheries conservation and management of roughskin sculpin.

种群遗传特征是理解生态和进化因素对生物多样性的影响机制和明确生物资源保护格局的基础。随着新一代测序技术的发展，在全基因组层面从中性和适应性遗传变异两个角度同时研究物种的种群遗传特征和保护单元成为当前种群遗传学和保护遗传学的研究热点。松江鲈（Trachidermus fasciatus）是我国二级水生野生保护动物，资源处于濒危状态，亟需对其种群遗传特征和保护单元进行深入研究以明确我国松江鲈资源保护格局。本项目拟采用简化基因组测序技术（RAD-seq）对我国境内松江鲈群体样品进行全基因组扫描，开发高密度SNP位点，查明松江鲈种群遗传多样性水平，估算有效群体大小，阐明精细群体遗传结构，准确确定我国松江鲈进化显著单元和管理单元；同时基于所鉴别的候选适应性SNP位点，分析我国境内松江鲈适应性遗传变异格局，揭示其适应本地环境的遗传学机制。研究结果将为我国松江鲈保护和管理方案的制定提供科学依据。

生物遗传多样性、群体遗传结构及适应性和其进化潜力密切相关，是理解生态和进化因素对生物多样性的影响机制和明确生物资源保护格局的基础。松江鲈（Trachidermus fasciatus Heckel, 1840），隶属于鲉形目（Scorpaeniformes）、杜父鱼科（Cottidae）、松江鲈属（Trachidermus）， 是西北太平洋所特有的一种降海产卵洄游性鱼类。近几十年来，由于人类干扰导致的洄游通道受阻、产卵场破坏等因素的影响，松江鲈在我国的分布范围急剧缩小，野生资源处于濒危状态，已被列为国家二级水生野生保护动物。因此，松江鲈种质资源的管理保护工作显得尤为重要和紧迫。本项目采用简化基因组测序技术（RAD-seq）对中国松江鲈9个地理群体共202个个体开展了群体基因组学研究。共挑选32个个体采用优化的组装方式组装了RAD参考序列共172,442条，其平均长度为529 bp，N50为561 bp，GC含量为41.6%。经质量过滤后保留9,271个高质量SNP位点。所研究的9个群体中，荣成、文登和青岛群体HO, HE, Pi值均较低，暗示其相对较低的遗传多样性水平。文登的有效群体大小最小，丹东最大。群体间FST值表明除东营和潍坊群体间遗传分化不显著外，其他群体间皆存在显著遗传分化。群体遗传结构分析结果显示9个群体可划分为8个遗传组群。其中东营和潍坊群体为一个遗传组群，丹东、大连、秦皇岛、荣成、文登、青岛和富阳群体分别为单独的遗传组群。基于中性位点的遗传结构与基于全部位点的遗传结构一致。推测人类活动导致的栖息地的片段化和小种群遗传漂变及可能是导致群体间遗传分化的原因。本地适应性分析共筛选到离散位点313个。74个离散位点GO功能注释显示其与多个生物过程、细胞组分、分子功能相关，主要参与代谢、离子结合、应激、催化活性等。对74个离散位点采用进一步的定位和功能注释结果发现多个与能量代谢，特别是与脂肪酸的合成与代谢相关的功能基因和代谢通路。这表明松江鲈本地适应性可能与不同地理群体所处的环境温度相关，与能量代谢相关的基因可能在松江鲈适应环境温度中发挥重要作用。研究结果表明中国松江鲈9个群体可以划分为3个进化显著单元、8个管理单元和6个适应性单元。相关的研究结果丰富了松江鲈遗传资源库，填补了松江鲈基因组学研究的空白，为我国松江鲈保护和管理方案的制定提供了科学依据。