我国南海北部优势海马种群的遗传分化及其适应进化研究

Seahorses are precious Chinese medicine. In recent years, the conservation of the seahorse resources has become a world-wide important scientific project as a result of overfishing. Seahorses are widely distributed around the world in spite of their poor skills in swimming. The characteristic of genetic and phenotypic differentiation of the seahorse while adapting to the complicated environment provides critical basis for the protection of seahorse resources. The northern part of the South China Sea (NSCS), which is rich in seahorse species that show great differentiation in both distribution and phenotype, provides natural valuable resources for the seahorse research. This project will innovatively make the best of whole-genome resequencing strategy, bioinformatic analysis technology, and physiological experiment method to study the genetic differentiation of the seahorses from NSCS. The study will analyze the population structure, phylogenetic relationship, divergent time, and effective population size in turn, and finally combine the geological event to construct the first biogeographic database of the dominant seahorses from NSCS. Meantime, this project will study the adaptive evolution of the seahorse by focusing on the spine trait. The key genes associated with the spine trait will be identified by positive selection analysis and haplotype analysis of the variants from the genes. Based on which, distribution characteristic and geological event chose to the divergent time of the spine seahorse will be employed to further uncover the adaptive evolution mechanism of the spine trait. This project will lay important foundation for the scientific protection and sustainable utilization of the seahorse resources.

海马系名贵中药，近年来因过度捕捞，海马资源保护已成为国际重要科研课题。海马游泳能力弱却在全球广泛分布，其适应复杂多变环境的遗传和性状分化特征是实施海马资源保护的重要基础。我国南海北部海域海马种质资源丰富，且表现出极大的分布、性状分化，为海马研究提供天然资源宝库。本项目将综合利用全基因组重测序技术、生物信息分析技术和生理实验验证方法，创新性地开展我国南海北部优势海马种群的遗传分化研究，将海马种群遗传结构、系统进化关系与其分歧时间、有效群体大小、地质事件等结合，最终构建首个南海北部优势海马种群生物地理学信息数据库；与此同时，以海马御敌结构-棘刺性状作为切入点，通过性状正选择分析和关键基因单倍型分析等筛选导致棘刺分化的主效基因，并结合带刺海马分歧时间的地质事件、现有分布范围等，解析棘刺性状的适应进化机制。本项目研究将为海马资源的科学保护和可持续利用提供重要依据。

海马系名贵中药，近年来因过度捕捞，海马资源保护已成为国际重要科研课题。海马游泳能力弱却在全球广泛分布，其适应复杂多变环境的遗传和性状分化特征是实施海马资源保护的重要基础。申报人围绕海马的遗传分化与适应进化机制，重点关注南海北部资源丰富的海马，以海马遗传分化与扩散特征和影响海马扩散与适应能力的育儿袋、体表棘刺等性状的产生机制作为切入点，综合利用全基因组重测序技术、生物信息分析技术和生理实验验证等方法，开展了一系列研究，主要结果包括：.南海北部海马种间存在明显的遗传分化，单核苷酸多态性显示的遗传变异数目种间差异巨大（克氏海马：2.04 M，日本海马：4.98 M），且进化上明显分为两支；我国南海北部所处的印澳群岛是全球海马的起源中心，在地质和洋流驱动下，海马分两次分别经由特提斯海和非洲好望角进入大西洋，逐步形成现今海马全球广布的分布特征；海马在全球扩散过程中，4种印太分布的海马体表独立进化出现棘刺性状，以提高防御能力，正选择分析揭示bmp3基因是影响棘刺发生的关键基因，原位杂交和基因敲除实验进一步证实bmp3基因调控了不同海马棘刺性状的分化；此外，针对影响海马扩散能力的育儿袋和可卷曲尾部，申报团队亦探索了其发育的分子调控机制。本课题不仅为揭示全球海洋生物多样性分布格局形成和适应进化机制提供了新视角，同时为开展海马资源保护提供科学依据。.依托本项目，在Nature Communications等期刊发表学术论文5篇，协助培养硕士研究生两名，项目负责人于2020年获得副高级职称，2021年获得国家基金面上项目资助。.