褐家鼠亚种间信息素分化的行为功能及遗传基础

Ecological selection and sexual selection are vital problems in exploring the process of speciation. Two parapatrically distributed subspecies of rat (Rattus norvegicus), from northeastern (R.n.caraco) and Northern (R.n.humiliatus) China are used here. (1) We first investigate the pheromone signals, mate choice behavior and reproductive isolation in two subspecies; (2) and then we use both the traditional genetic marker analysis and whole genome sequencing to analyze the gene differentiation and key genes; (3) we also analysis the gene expression patterns in liver and preputial glands, which were the main pheromone producing organs, to infer the key genes modulating the pheromone differentiation; (4) finally the function of the potential key genes will be verified by genetic manipulation such as RNAi and knock out. This proposal is aim to reveal the differentiation between the two geographic subspecies of both the genes and sexual selected traits, and find their relationship with reproductive isolation. Besides the theoretical contribution, our research is also of practical importance in understanding pheromone attractant precisely in subspecies levels, and finding new way of pest control. 4-6 high quality papers are expected to publish and 4-6 graduate students are going to be trained.

研究生态选择和性选择在亚种分化中的作用是探索物种形成机制的重要问题。雄性的信息素是鼠类重要的性选择性状。我们以两个相邻亚种的褐家鼠（Rattus norvegicus）：东北亚种（R.n.caraco）和华北亚种（R.n.humiliatus）为研究对象，（1）研究两亚种之间信息素等表型性状分化、配偶选择和行为生殖隔离的特点；（2）利用传统的遗传标记分析和全基因组重测序研究两个亚种遗传分化特点及关键基因；（3）通过对信息素产生的主要器官（肝脏，包皮腺）转录组分析，推测信息素产生途径上调控分化的主要基因；（4）利用RNAi技术、基因敲除技术等，验证几个亚种间变异的基因对信息素分化的作用。本项目对于揭示鼠类地理种群遗传分化、性选择性状分化及生殖隔离之间的关系有重要理论意义，对于在亚种水平研发精准的信息素引诱剂和探索控害新途径具有实际意义。预期发表SCI文章4-6篇，培养研究生4-6名。

研究生态选择和性选择在亚种分化中的作用是探索物种形成机制的重要问题。雄性的信息素是鼠类重要的性选择性状。我们以两个相邻亚种褐家鼠（Rattus norvegicus）：东北亚种（R.n.caraco）和华北亚种（R.n.humiliatus）为对象，研究了（1）两亚种之间信息素等表型性状分化、配偶选择和行为生殖隔离的特点；（2）利用传统的遗传标记分析和全基因组重测序研究两个亚种遗传分化特点及关键基因；（3）通过对信息素产生的主要器官（肝脏，包皮腺）转录组分析，推测信息素产生途径上调控分化的主要基因；（4）验证几个亚种间变异的基因对信息素分化的作用。. 主要结果：我们发现褐家鼠雄性气味能影响雌性配偶选择和繁殖，高信息素的雄性对雌性更具性吸引力，后代更多。另一方面，我们解析了雌性褐家鼠对两类信息素（挥发小分子和非挥发蛋白）的偏好方式，雌性通过将挥发性小分子与蛋白信号关联学习来获得与性相关的神经通路的激活。在不同的亚种中，信息素信号高的亚种，雄性信号表征质量，雌性利用这些信号来选择配偶；而在信号低的亚种，信息素的作用不明显。进一步我们分析了与信号产生的相关基因、犁鼻器和嗅上皮的气味受体，以及犁鼻器受体神经元对信息素的反应，发现两个亚种存在显著差异。这些结果提示，信息素和接收信息素的受体存在相互适应。群体遗传分析发现这两个亚种表现出基因交换和双向不对称基因流，从华北亚种到东北亚种的基因流较高，可能受到环境的影响、人为影响、亚种间的配偶选择（繁殖前的选型交配和交配后遗传不兼容性的选择、精子竞争的选择）等，可以通过生物过程（例如扩散，配偶选择和动态谱系边界）解释此类遗传特征。.本项目对于揭示鼠类地理种群遗传分化、性选择性状分化及生殖隔离之间的关系有重要理论意义，对于在亚种水平研发精准的信息素引诱剂和探索控害新途径具有实际意义。发表SCI文章6篇，培养研究生3名。