大规模谱系遗传研究中细胞核DNA标记的单倍型错误研究

Single copy nuclear polymorphic (scnp) DNA is a powerful molecular marker for evolutionary studies of populations. Phylogeography has expanded its focus to scnp DNA markers because the multi-locus analyses can provide considerable improvements in strength and accuracy of historical inference. However, a practical obstacle to its employment is the general problem of haplotype determination due to the common occurrence of heterozygosity in diploid organisms. The general protocol for obtaining haplotypes from scnp DNA markers consists of three steps: direct sequencing of PCR products, haplotype inference and experimental verification of uncertain inferrals. This process will inevitably produce haplotype error due to various genetic and non-genetics factors. Howerver, haplotype error under realistic scenarios and its impact on phylogeography analysis are not well understood, particularly for real data situations. Our previous studies indicated that haplotype error should not be ignored because it can cause bias in estimates of population genetic parameters and genealogical relationships. The aim of the research project proposed here is thus to evaluate systematically the impact of haplotye error on various phylogeographic analyses by coalescent simulation methods, intending to find a method to reduce the impact of haplotype error in multi-locus phylogeographic study.

本项目以细胞核DNA标记为研究对象，在前期研究基础上，采取以计算模拟方法为主和真实数据分析为辅的研究手段，分析二倍体生物大样本谱系遗传研究中细胞核DNA 标记的单倍型错误发生情况和影响因素,并系统研究单倍型错误对谱系遗传分析的影响。在此基础上，综合研究多标记研究系统如何克服或减少单倍型错误影响的方法。本项目的研究对于细胞核DNA 标记的实际应用具有重要借鉴意义。我们在前期实验中已经获取了5个细胞核DNA 标记的大样本种群单倍型数据，并对这些真实数据和部分模拟数据进行了初步的单倍型错误研究。

本项目以计算模拟和真实数据分析相结合的研究手段探索了二倍体生物大样本谱系生物地理研究中，细胞核 DNA 标记的单倍型错误发生情况和产生因素，及对谱系遗传分析的影响。研究结果表明存在种群结构和遗传多样性高的情况下，将在单倍型推测阶段引入较多的错误，增加数据组的稀有变异数目。单倍型错误将对细胞核DNA标记的部分谱系遗传分析产生一定程度的偏差，如种群动态和基因流估计。多标记系统可以一定程度上减轻单倍型错误对谱系遗传分析的影响。对飞蝗种群真实数据的分析表明我国飞蝗种群的遗传多样性水平较高并产生了一定数量的私有变异，飞蝗种群间存在普遍的且维持在一定水平的基因交流，但飞蝗种群间仍然存在显著的遗传分化，我国飞蝗西藏种群在历史上可能发生过种群收缩。对西藏山溪鲵种群数据的分析表明我国秦岭地区西藏山溪鲵主要分为东西两支，这两支在近期都发生过种群扩张事件，它们的分布不同程度地受到冰期的影响。研究结果对于细胞核DNA标记在非模式生物的大样本谱系生物地理研究中的应用具有重要的借鉴意义。