灰眉岩鹀MHC-II类基因在血液寄生虫选择压力下的适应性进化研究

Pathogen recognition is a big challenge to the animals for survival. The Major Histocompatibility Complex (MHC) comprises a family of genes that play a crucial role in the adaptive immune system to recognize pathogens and trigger the adaptive immune response. Due to its importance for animals in survival and breeding, the polymorphism level of MHC is stronly related the fitness of animals. Thus, how the diversity of MHC is produced and maintained has became a hotspot recently in adaptive evolutionary research. This project attend to utilize the next generation sequencing tecniques to identify genomic neutral SNPs to reconstruct the demographic history of widespread geographic populations in Godlewski's Bunting, in order to test the relative importance of parasite-mediated selection (balancing selection or fluctuation selection) and neutral genetic drift in shaping the diversity of MHC-IIB genes.

动物如何有效的识别病原体以抵御疾病的发生是其生存过程中面临的重要挑战。主要组织相容性复合体（Major Histocompatibility Complex, MHC）是广为知晓的与抗原识别、激活免疫系统密切相关的重要基因家族，因其在动物存活与繁殖过程中的关键性作用直接关系到个体的适合度，MHC基因多样性的产生与维持机制已成为近年来动物适应性进化与分子生态学研究关注的热点问题。本项目拟利用二代测序技术，以基因组SNPs作为中性分子标记重建灰眉岩鹀不同地理种群的历史动态，并在控制环境异质性的基础上，检验血液寄生虫选择压力下，平衡选择、波动选择和遗传漂变效应如何驱动灰眉岩鹀MHC-IIB基因多样性的产生与维持？从而更为全面地了解和认知鸟类MHC基因多样性与寄生虫感染的关系，揭示鸟类MHC-II类基因多样性产生与维持的适应性进化机制。

动物如何有效的识别病原体以抵御疾病的发生是其生存过程中面临的重要挑战。主要组织相容性复合体基因（Major Histocompatibility Complex, MHC）是广为知晓的与抗原识别、激活免疫系统密切相关的重要基因家族，因其在动物存活与繁殖过程中的关键性作用直接关系到个体的适合度，MHC基因多样性的产生与维持机制是近年来动物适应性进化与分子生态学研究关注的热点问题。本项目利用巢式PCR方法，查明了灰眉岩鹀（Emberiza godlewskii）主要地理种群及多种相关鸟类的血孢子虫感染率和感染种类，并开发建立了首个基于数字式微滴PCR方法（ddPCR）检测鸟类血孢子虫感染强度的体系，显著提升了鸟类血孢子虫感染强度的检测效率与准确度。利用二代测序方法结合生物信息分析，测定了灰眉岩鹀多个地理种群MHC基因的遗传多样性，通过构建等位基因的系统发育关系和基因表达数据，鉴定了灰眉岩鹀一系列的MHC经典等位基因和非经典等位基因，通过遗传多样性分析和选择压力检测，确定灰眉岩鹀的MHC基因受到显著的病原体介导的平衡选择作用。结合基于简化基因组测序所获得的灰眉岩鹀多地理种群及其近缘种淡灰眉岩鹀（E. cia）的基因组SNPs数据，利用中性分子标记构建了种群遗传结构与种群动态，在此基础上利用广义线性模型分析，分析了不同环境条件下种群MHC基因的多样性变化，发现灰眉岩鹀高海拔地理种群MHC基因都具有显著更低的多样性，可能与高海拔地区较低的病原体多样性导致的平衡选择压力放松相关，符合能量权衡假说的预期。本项目顺利完成了各项研究目标，成功开发了高效、准确、稳定的鸟类血孢子虫感染强度定量检测技术体系，建立了一个研究鸟类免疫基因与寄生虫协同演化的理想系统，为深入认知鸟类MHC基因多样性的维持机制与病原体介导的平衡选择压力之间的关系提供了新的视角。