伏牛山区中菊头蝠生态适应性的表观遗传机制

Organisms can adapt to the environmental changes by mechanisms of physiological, genetic and phenotypic variances. Recent studies showed that epigenetic modifications, such as DNA methylation, play an important role in mediating environmentally induced phenotypic variation, and thus support an additional pathway for environmental adaptation. Funiu Mountain is the boundary of oriental and palearctic realms for animals with various environments. Animals of Rhinolophus affinis are widespread in Funiu Mountain, which reflects their ecological adaptability. R. affinis owns stronger flying ability and a large & close population in Funiu Mountain, suggesting that there exists a lower genetic background in population. Thus, epigenetic variances provide another mechanism for the adaptation of R. affinis which would be an interesting question. Here we attempt to clarify the epigenetic mechanism of ecological adaptation for R. affinis in Funiu Mountain by exploring population epigenetic characteristics (including the patterns and levels of genetic DNA methylation, epigenetic structure, differentiation and diversity), establishing the relevances of epigenetic-genetic-phenotypic variances, and confirming the key ecological factors which produce significant effects on epigenetic variations. Our results will provide important basis of the development, maintenance, evolution and conservation for R. affinis in Funiu Mountain.

生物有机体可以通过生理、遗传、表型变化等机制来适应环境变化。近期研究表明，表观遗传修饰，例如DNA甲基化，在未发生遗传变异的情况下，在调节环境诱导表型过程中起到关键的作用，为物种适应新环境提供了额外的途径。伏牛山区是动物东洋界和古北界的分界线，各区域环境差异大，而中菊头蝠广泛分布于此，表明其具有一定程度的生态适应性。由于该区域中菊头蝠种群数量多，距离近，且飞行能力强，其种群间可能存在较小的遗传背景差异，在这种情况下，表观遗传变异是否为该物种适应当地环境提供了新机制是一个值得探究的问题。本项目拟通过研究中菊头蝠种群的表观遗传信息包括基因组DNA甲基化模式与水平、表观遗传结构与分化、表观遗传多样性等，建立表观遗传、遗传与表型的有效关联，明确影响表观遗传变异的关键生态因子，综合阐明伏牛山区中菊头蝠生态适应性的表观遗传机制，为该物种的种群发展、维持、进化和保护提供了重要依据。

伏牛山区是世界动物地理区划古北界和东洋界的分界线，中菊头蝠广泛分布于此，而且中菊头蝠种群间存在显著的表型差异（外部形态和声波），这促使该物种在此区域具有一定生态适应性。为了评估表观遗传变异在中菊头蝠生态适应性的作用，我们通过MS-AFLP技术和AFLP技术分别分析了9个种群的144个个体表观遗传信息和遗传信息，建立了表观遗传-遗传-表型变异的关联模型，明确了影响表观遗传变异的关键环境因子。结果表明，中菊头蝠种群具有较低的基因组DNA甲基化水平（平均26.1%）、高程度的甲基化多态性（82.1%），5'-CCGG-3'位点的半甲基化、全甲基化以及总甲基化在种群间都具有显著的差异，其中全甲基化模式为主要甲基化模式。中菊头蝠种群具有显著的表观遗传结构，而且，种群内存在更多的表观遗传差异，这意味个体间存在广泛的DNA甲基化差异，这是表观遗传变异具备潜在的进化作用的一个先决条件。.中菊头蝠的表观遗传多样性与遗传多样性、表型变异之间均具有显著的相关性，我们进一步建立了6个可能的表观遗传-遗传-表型关联模型分析三者的因果关系，获得2个有效的模型。建模结果表明，中菊头蝠种群的表观遗传变异和遗传变异并不是互相独立、而是同时关联作用于其表型变异。建模结果还表明，中菊头蝠种群的表观遗传变异可能有一部分是表型变异所产生的结果。通过分析环境因子作用发现，中菊头蝠栖息的山洞空间大小、及受到的人为干扰程度与其表观遗传多样性的形成有一定的相关性，可能是诱导其一部分DNA甲基化位点变化的重要环境因子。.综上所述，遗传信息和环境因子可能是伏牛山区中菊头蝠种群的表观遗传多样性形成的主要因素，在进化过程中，表观遗传变异并不是完全独立于遗传信息，而是在一定程度上作为遗传变异的下游辅助效应共同作用于其表型变化，从而为中菊头蝠的生态适应性提供了额外的途径。我们的工作对该物种的种群发展、维持、保护和进化均具有重要的理论意义，并为其他哺乳动物自然种群的相关研究提供借鉴。