青藏高原淡水湖泊水蚤的高原适应性进化研究

Very few studies have focused on the adaptive evolution of aquatic invertebrate zooplankton from the Tibetan Plateau, an important biogeographic hotspot. The geological uplift of this region created special environments (e.g. low temperature, low oxygen, high elevation and strong ultraviolet radiation), requiring adaptive genetic diversification of the resident lineages. Our previous study found high population genetic diversity of Daphnia, regardless of their geographical origin. Interestingly, significant genetic variation was observed in Daphnia population in Tibetan Plateau when compared to that of other regions. Here, we propose one hypothesis: Daphnia habitation in Tibetan Plateau is the result of adaptive evolution via natural selection. Therefore, we explore genetic diversity and adaptive evolution of aquatic invertebrate zooplankton by analysing the whole genome, mitochondrial genome and transcriptome of different geographical origin. This study contributes to an understanding of adaptation to their special environments by the freshwater invertebrates in the Tibetan Plateau.

青藏高原作为一个生物多样性研究的热点地区，很少有聚焦于该地区水生无脊椎浮游动物高原适应性的研究。青藏高原的隆起造就了该地区特殊的环境（如低温、低氧、高海拔、强紫外线辐射等），环境的改变使得本土的生物世系受到了强烈的自然选择作用，产生了适应性进化。申请者前期研究初步显示不同地理来源的水蚤有遗传多样性，且青藏高原地区的水蚤种表现出了特异性。为此我们提出科学假说：栖息在青藏高原高海拔淡水湖泊中的水蚤受到了强烈的选择作用。为了研究该地区水生无脊椎浮游动物的适应性进化以及遗传多样性，本研究主要通过对青藏高原和其他地区不同地理来源的水蚤比较分析，从全基因组、线粒体全基因组、转录组水平寻找水蚤适应高原环境所受到的自然选择的区域或基因，试图从基因组水平出发探索水蚤对极端环境的适应性进化。本研究将有助于理解青藏高原淡水湖泊无脊椎动物对其特殊环境的适应性。

青藏高原作为一个生物多样性研究的热点地区，很少有聚焦于该地区水生无脊椎浮游动物高原适应性的研究。高海拔地区有着特殊的环境特点，例如较低的氧气浓度。前期基于线粒体部分基因片段研究显示青藏高原地区与其他地区分开，而高海拔与中间高海拔地区的水蚤并没有分开。本研究对不同地理来源的水蚤进行高通量全基因组重测序、从全基因组中mapping获得线粒体全基因组、模拟同一基因组水蚤在不同环境（低氧：正常氧；分别代表高海拔和低海拔环境）下转录组的变化。发现：在全基因组、全线粒体基因组水平，高海拔和低海拔的水蚤有明显的遗传差异，与之前研究不同的是，中间海拔地区与高海拔地区的水蚤亲缘关系更近，线粒体全基因组中的部分基因受到了自然选择的作用；在转录组水平，同一基因型水蚤在高海拔和低海拔环境中有明显的差异。本研究将有助于理解高海拔地区淡水无脊椎动物对其特殊环境的适应性，同时对研究高海拔地区气候环境变化提供辅助作用。