基于群体基因组学的中国沿海黑鲷群体遗传变异格局与本地适应性进化研究

Genetic diversity is essential for species to maximize evolutionary potential in face of environmental changes. Population genetic variations as well as local adaptation are crucial for understanding speciation, evolution and making applicable solutions for the sustainable exploitation and utilization of biological resources. The black porgy, Acanthopagrus schlegelii, is a commercially important marine fish in China. However, its wild resources have rapidly decayed due to human activities. Population genomic studies are crucial for delineating fine-scale genetic structure and exploring the mechanisms of local adaptation. In this study, we plan to perform a comprehensive population genomic study on populations of A. schlegelii distributed across the coast of China. By using restriction site-associated DNA sequencing (RAD-seq) and whole genome re-sequencing techniques, genome-wide polymorphic markers will be developed to assess population genetic diversity, effective population size, population structure, demographic history, and the genetic mechanisms of local adaptation in A. schlegelii. Furthermore, management units and adaptive groups will be delineated to help making optimal management decisions. These results will provide scientific background for its rational management and the evaluation of stock enhancement of A. schlegelii in China, and will also contribute to the future population genomic studies on other marine fishes.

遗传多样性是维持物种进化潜力的基础，群体遗传变异格局及本地适应性进化研究是理解物种形成、进化过程及制定科学开发利用生物资源措施的依据。黑鲷（Acanthopagrus schlegelii）是我国重要的海洋经济鱼类，受人类活动的影响其野生资源量正急剧衰减。群体基因组学研究对于精确解析黑鲷遗传变异格局及本地适应性遗传学机制具有重要意义。本研究拟采用简化基因组测序（RAD-seq）结合全基因组重测序的技术系统开展中国沿海黑鲷群体基因组学研究，开发其基因组层面遗传标记，精确查明其遗传多样性水平，估算其有效群体大小，解析其精细遗传结构，阐明其群体历史动态变化特征，探讨黑鲷适应本地环境的遗传学机制，划分其管理单元及适应性单元。相关研究结果将为中国黑鲷渔业资源合理开发与可持续利用、增殖放流实施及效果评价提供科学依据，为其他海洋鱼类群体基因组学研究提供参考。

遗传多样性是维持物种进化潜力的基础，群体遗传变异格局及本地适应性进化研究是理解物种形成、进化过程及制定科学开发利用生物资源措施的依据。本研究采用简化基因组测序（RAD-seq）结合全基因组重测序（WGS）技术系统开展了中国沿海黑鲷群体遗传变异格局与本地适应性进化的群体基因组学研究。.基于RAD-seq和WGS技术分别开发了黑鲷基因组SNPs标记176,093和4,742,341个。基于RAD-seq数据查明了15个黑鲷群体遗传多样性水平，发现各群体遗传多样性水平差异不大，有效群体大小呈现南低北高的趋势；遗传结构分析表明中国沿海黑鲷不同群体之间遗传分化水平不高（平均FST=0.02484），北方各种群间遗传分化较小（平均FST=0.00338），表明其存在较强的基因交流，15个群体可划分为4个遗传组群，即北方组、南方组、混合组和象山群；群体历史动态模拟分析结果显示南北群体大概在393代前由共同祖先分化，混合群体大概在97代前由南北群体混合形成；共筛选到4,547个适应性位点，功能注释结果显示其主要涉及了运动、能量代谢、生长发育调控等重要的生物学过程；适应性遗传结构与基于全部位点及中性位点的结构一致，划分了4个适应性单元，即北方组，混合组、南方组和象山群。.基于WGS数据揭示了黑鲷群体更为精细的遗传结构和更为显著的遗传分化水平，不同群体之前均存在显著遗传分化（P<0.001），6个群体可进一步划分为5个遗传组群，处于渤海湾的群体为一个组群，剩余群体为单独组群；群体历史动态分析结果显示不同群体发生了不同程度的有效群体大小扩张和收缩现象；共筛选到157,945个适应性位点，发现23号染色体存在倒置信号，功能注释显示其主要涉及了运动、能量代谢、信号转导、生长发育调控等重要的生物学过程。.相关研究结果为我国黑鲷提供了丰富的遗传背景资料，为其资源的合理开发与利用、增殖放流和种质资源改良的实施及效果评价提供科学依据。同时也为其他海洋鱼类群体基因组学研究提供参考，进一步加深对于生物多样性起源及全球气候变化下海洋生物适应性进化的理解。