青藏高原东南缘及邻近地区恒河猴及其肠道微生物的协同演化动态与机制研究

This project will focus on the unique geographical environment(for example, high fragmented habitats) of the southeastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau and its adjacent areas,and collect a wide range of non-invasive samples of rhesus macaques at high density in the area and adjacent areas.Firstly,using the mitochondrial and microsatellite DNA as molecular markers, and with the help of the analysis methods of population genetics and molecular phylogeography, we will analyze profoundly the genetic differentiation, genetic structure, and gene flow of the rhesus macaque population at the DNA level of the intra- and extra- nucleus，and to find out the migration, diffusion and population expansion models. Then based on this result, a representative of rhesus macaque faecal samples are selected, and the 16S rDNA high-throughput sequencing and metagenomic sequencing are performed for their intestinal microbiata. The bioinformatic and molecular evolutionary analysis were used to finely analyze the characteristics of intestinal microflora and genomic function of its specific groups, and their co-evolution dynamics and roles in population differentiation and distribution patteren of rhesus macaques. Furtherly,combined with the paleogeology and paleoclimate of Qinghai-Tibetan Plateau and its adjacent areas and modern human activities, we will explore deeply the historical process and causes of migration,diffusion, population differentiation and subspecies formation of rhesus macaques.The results are of great significance for clarifying the migration, diffusion and evolution of primates, including the human self.

本项目拟立足青藏高原东南缘及邻近地区特殊的地理环境（如高度片断化生境），广泛性、高密度收集恒河猴的非损伤性样品，首先以线粒体和微卫星DNA为分子标记，采用种群遗传和分子系统地理学方法，从核内外DNA水平对该地区恒河猴种群的遗传分化、遗传结构和基因流等进行精细分析,摸清其迁移、扩散、种群扩张等模式；随后基于此结果，选取代表性粪便样品，对恒河猴肠道微生物进行16S rDNA高通量测序和宏基因组测序，采用生物信息学和分子进化分析方法，深入分析肠道微生物类群和特定类群基因组功能特性及其在恒河猴迁移、扩散和种群扩张过程中的协同演化动态和扮演的角色。进而结合青藏高原及邻近地区的古地质古气候及现代人类活动状况，从宿主遗传及其肠道微生物协同演化角度深入揭示这一特殊地理环境下恒河猴的种群分化状况和分布格局等形成的历史过程和成因。其结果对于阐明灵长类动物包括人类自身的迁移、扩散和演化历史等具有重要的借鉴意义。

恒河猴在解剖、生理生化、遗传等方面与人类高度相似，且易于饲养，因而是人类生物医学研究中理想的实验动物模型，为国家二级保护动物。本项目主要立足青藏高原东南缘及邻近地区，广泛收集恒河猴的非损伤性样品（主要粪便样品），开展恒河猴及其肠道微生物的协同演化动态与机制研究。基于基粒体DNA系统发育分析表明，现有分布区的恒河猴可分为3个主要单倍型群，呈现明显的地理分布格局：中国西部地区的恒河猴聚为一支，中国中部、印度和尼泊尔地区的聚为另一支，来自孟加拉国的聚为第三支，分歧年代约1.67-2.81Ma。恒河猴可能存在三条路线进入中国：一条是从云南南部入口扩散到西部地区，另一条是从东部沿海入口扩散到中部地区，第三条从越南东部入口扩散到海南岛。分歧年代与第四纪古地质古气候变化的年代相吻合，表明更新世以来的青藏高原隆升及气候波动（冰期和间冰期）对恒河猴的迁移、扩散和种群分化起到重要作用。核内微卫星DNA的遗传聚类结果与胞质内线粒体DNA的聚类结果明显不一致，可能是由于恒河猴种群间的偏雄性迁移带来的基因交流所致，表明线粒体DNA标记较核DNA更能反映恒河猴种群最初的迁移、扩散和进化历史。肠道微生物16SrDNA分析显示，不同地理种群间恒河猴肠道微生物聚类距离与地理距离具有一定的相关性，而与种群间线粒体DNA遗传距离不完全相关，表明地理种群间恒河猴的偏雄性迁移对肠道微生物组成和结构具有一定的影响。高、低海拔环境中猴、人、狗的肠道微生物多样性比较，发现高海拔环境中的种间共享核心菌群数量远高于低海拔环境（5.34倍），表明高海拔对种间肠道微生物的趋同适应具有强烈的驱动作用。粪便宏基因组及代谢组学分析还表明，肠道微生物在恒河猴对高海拔低温环境的适应中可能起着协同性的能量补偿作用。这些结果对于深入理解恒河猴种群分化及其对高海拔环境适应的生态学机制具有重要的意义，并为恒河猴资源的保护与利用提供一定的科学依据。