青藏高原高山倭蛙生态适应性的基因组学研究

Animals lived on Tibetan Plateau developed various mechanisms to cope with harsh environment, such as yak (Bos grunniens), plateau pika (Ochotona curzoniae), birds and human beings. However, compared with large or middle vertebrate, as well as birds, the amphibian is more hypersensitive to environment change, so the amphibian is considered as a signal species for environment change. Moreover, the amphibian is ectothermic animals and habour special respiratory and circulatory system, as well as large variation on genome size and structure，thus, the adaptation mechanism of the amphibian must be different with mammals and birds. Tibetan frog (Nanorana parkeri) is endemic and majority to Tibetan plateau, it is the best study object for ecological adaptation research due to distribution widely on Tibetan plateau, collection easily and rich research background. In our study, we will explore ecological adaptation and genetic mechanism of Nanorana parkeri by collecting physiological and quantitative trait data, making genetic map and QTL mapping, seeking for genes related on adaptation to hypoxia environment and detecting population genetic diversity. Our study will provide a foundation for evolution research of plateau amphibian.

长期生活在青藏高原的物种在适应进化过程中逐步形成了一系列的适应和调节机制以应对高原的极端环境。例如牦牛、高原鼠兔、鸟类及人类。然而，与大中型脊椎动物和鸟类相比，两栖动物是对环境变化更加敏感的环境指示物种，而且，两栖动物是变温动物，具有特殊的呼吸系统、循环系统及较大的基因组大小和结构的变异，其适应机制必然有别于哺乳动物和鸟类。高山倭蛙是青藏高原的特有物种和优势物种，由于高山倭蛙广泛分布在青藏高原不同的海拔区域，具有数量多、容易捕捉和研究背景清楚的特点，是研究两栖动物对极端环境生态适应的理想研究对象。本研究拟通过收集生理指标数据、数量性状数据、基因型数据，为其构建遗传图谱，进行QTL定位分析；搜索与适应高原环境相关的功能基因；并检测高海拔和低海拔地理种群的遗传多样性和MHC多样性；从而探讨高山倭蛙的生态适应机制和遗传基础，以期为研究高山两栖类进化的科学问题奠定基础。

高山倭蛙作为世界上分布最高的两栖动物，是研究两栖动物高原适应性的模式物种，然而由于两栖动物基因组大小和结构差异较大，目前对高山倭蛙基因组方面的研究相对较少。本研究利用第二代测序技术对高山倭蛙的全基因组的1/8序列进行测序，用Tandem Repeat Finder软件筛选测序得到的片段中的微卫星序列，并用Primer 3软件设计引物。然后利用高海拔和低海拔种群部分样本筛选，得到了113个多态性微卫星位点。我们利用其中30个多态性高的微卫星位点扩增29个地理种群，构建了邻接树，结果表明这些种群可分为3大分支（那曲地区和昌都地区|拉萨地区、林芝地区和山南地区|日喀则地区）。这种遗传结构可能与西藏地区地理格局和该物种的扩散能力有关。该研究首次为高山倭蛙开发了大量的微卫星分子标记，并对该物种的基本遗传结构进行了研究，这些研究为后续对高山倭蛙对高海拔环境的遗传机制的探讨奠定了良好的基础。