狼多元生境下的适应性分子进化机制

The study of speciation and adaptive evolution has been a hot spot in the field of evolutionary biology. The adaptive evolution is the process of active genetic variation in species themselves in response to the environment. The wide distribution and complex habitat types of wolves indicate that they have strong ability to adapt to the survival environment. This project intends to analyze the molecular mechanism of adaptive evolution of wolves to the plateau environment and the commonness of different habitats. We plan to analyze wolves and dogs’ blood transcriptome, build their immune signaling pathways and evaluate their immune related genes’ expression through the method of RNA-Seq sequencing and bioinformatics. Firstly, we will try to reveal the wolves’ ability to adapt to the complex environment from the perspective of immunology. Secondly, we will explore the effect of domestication on the immune system and the immune genetic evolution of dogs and discuss the generation and outbreak mechanism of the common disease between wild animals and human beings with the comparison analysis of wolves and dogs’ blood transcriptome. Some prophylactico-therapeutic measures for this kind of disease will be supplied after these studies. Finally, the comparative analysis of tissues and organs’ transcriptome between wolves from high altitudes and that from low altitudes will be carried out. The differentially expressed genes between these two groups will be detected. And then, we attempt to explore the differences of these genes’ function through gene annotation and investigate the plateau adaptation mechanism of the Tibetan wolf in the aspect of gene expression.

物种形成及适应性进化的研究是进化生物学领域研究热点，物种的适应性进化是其本身产生可遗传的变异来适应生存环境的过程。狼广阔的分布范围和复杂的生境类型表明其对生存环境超强的适应能力。本项目拟从狼对不同生境的适应共性与高原适应特性两个维度对狼适应性进化背后的分子机制进行解读。通过采集狼和家犬新鲜血液组织，应用RNA-Seq测序和生物信息学方法对血液转录组进行分析，构建二者免疫信号通路，评估免疫相关基因的表达情况，以期从免疫学角度揭示狼对复杂环境的适应能力；通过狼和家犬血液转录组的比较分析探究家养驯化对家犬免疫系统及免疫基因进化和表达的影响，揭示野生动物与人类共患疾病的演生和爆发机制，进而提出可供参考的防治对策。另外通过对高、低海拔地区狼的组织、器官间转录组的比较分析，检测两个类群间的差异表达基因，通过基因注释探究两个类群间的功能差异，并尝试从基因表达的角度揭示藏狼的高原适应机制。

狼（Canis lupus）是一种世界性广泛分布、能够适应多样生境类型的陆生哺乳动物，而关于狼对不同生境的适应性机制还不清楚。该部分研究通过狼的血液转录组及有关基因的序列数据，利用生物信息学和分子生态学的分析手段，从对动物抵御病原菌、拓宽生态位具有重要作用的免疫系统的角度对狼能够适应多种生境的遗传机制进行探讨，并以生活在青藏高原地区这一独特环境下的藏狼作为特定生境下狼适应性进化的研究模型，分别从基因表达调控和序列水平上揭示其高原环境下的功能适应性变化和分子机制，以从对不同生境的免疫适应共性与高原适应特性两个维度对狼适应性进化背后的分子机制进行探讨。此外，狼和家犬（Canis lupus familiaris）因其相似的外表，一直以来关于二者的进化关系都是研究热点。但是到目前为止关于二者的研究主要集中在线粒体以及基因组上。而在基因表达方面的差异尚不清楚。该部分研究我们以狼和家犬为研究对象，探讨在长期人为干扰下，同一个物种在基因表达水平方面的差异。为进一步探讨狼和家犬的进化关系，揭示狼和家犬在血液免疫方面存在差异的原因提供血液转录组方面的依据。总之，本项目首次通过血液转录组对狼和家犬的免疫系统进行了研究，同时对两个重要的受体类基因家族MHC I和TLR进行了基因表达和分子进化分析，为全面理解狼的免疫系统及其在对狼的多元生境适应性进化中的作用奠定了基础。另一方面，本研究还对藏狼高原环境下的基因表达调控和功能适应性变化进行了探讨，筛选出的差异表达基因涉及藏狼的多项生理活动，对藏狼适应高原生活具有重要作用，也为进一步通过其他组织转录组数据探究藏狼高原适应下的基因表达和调控模式变化提供了线索和依据。