中华按蚊物理图谱的构建与进化分析

Constructing a high-resolution photomap of polytene chromosomes is a useful tool to identify closely -related species, species with a complex as well as different strains collected from individual areas, and is also a necessary step toward constructing a physical map and comparative genomic analysis. The availability of Anopheles gambiae has accelerated research to develop comparative genome maps in malaria mosquitoes. The objectives of this proposal are to develop a high-resolution cytogenetic map for An. sinensis, an important Chinese malaria vector; to construct a physical map with resolution of about 2Mb for this species by hybridizing 112 conserved cDNA clones from An. gambiae onto the chromosomes. Meanwhile, the cDNA orders in the genomes of An. sinensis and An. gambiae will be compared to determine the whole arm translocation between lineages and chromosomal inversion rates on five chromosomal arms. This research not only will shed light on the chromosomal evolution in malaria mosquitoes, but also will provide a chromosomal map and physical map for An. sinensis. These maps will help to illustrate the genetic variations among field strains obtained from different Chinese areas, and can be a powerful tool for genome sequence assembly of An. sinensis in the future.

高分辨率染色体图谱是种下分类的必要手段，也是物理图谱构建和比较基因组学研究的基础。国外重要按蚊冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）全基因组序列的发表有力推动了按蚊（Anopheles）比较基因作图的研究，但我国重要疟疾媒介中华按蚊（An. sinensis）还缺乏相关资料，制约着其理论和应用研究的深入。因此本项目拟构建一幅中华按蚊高分辨率染色体图谱；然后通过将保守cDNA克隆原位杂交到染色体上构建一幅分辨率为2Mb的物理图谱；同时通过比较分析cDNA克隆在中华按蚊和冈比亚按蚊染色体上的排列顺序，阐明两个物种间基因的同线性和基因顺序的共线性。研究结果不仅能深化按蚊分子进化和传疟机制的认识，还可以为探索我国不同地理区域中华按蚊生态习性和传疟能力差异的遗传因素打下基础，为我国灭蚊工作制定因种制宜防治措施。

中华按蚊是我国间日疟原虫和丝虫病的主要传播媒介，广泛分布于平原地区，同时也是研究多线染色体的模式昆虫。我国早期对中华按蚊的染色体进行了一系列研究报道，但由于染色体图谱分辨率较低及其缺乏染色体倒位多态性的研究数据，妨碍了对中华按蚊生态习性和传病能力的分子机制研究。本项目利用中华按蚊实验品系构建了一幅高分辨率的中华按蚊染色体图谱并对多态性倒位3Ra进行了描述。该图谱将中华按蚊的五条染色体臂共划分为39个区和116个亚区，并对带型识别特征进行了详细描述。此研究结果将会有助于探讨中华按蚊不同地理品系差异的遗传基础和染色体倒位多态性的研究，为我国制定抗疟灭蚊工作制定因种制宜的防治措施提供理论依据；近年来，国内外相继发表了中华按蚊全基因组测序数据，测序产生了大量的Scaffolds和contigs，但由于缺乏物理图谱致使这些基因大片段的染色体定位和排列顺序尚未明确，妨碍了中华按蚊基因组的进一步组装以及比较基因组学的深入研究。利用荧光原位杂交技术，本研究构建了一幅中华按蚊的物理图谱，含有52个冈比亚按蚊保守基因以及其他克隆在中华按蚊染色体的定位和52个中华按蚊scaffolds的染色体位置。其中52个中华按蚊的Scaffolds总共长度大约为78Mb，大约覆盖了中华按蚊全基因组的36%。通过利用我们构建的中华按蚊物理图谱与已发表的冈比亚按蚊基因组的比较分析，我们鉴定出了两个蚊种间3955同源基因，对这些基因染色体上排列顺序的进一步研究发现361个保守的synteny blocks和267个染色体倒位，并且五条染色体中，性染色体即X倒位频率明显高于体染色体，表明性染色体进化最快。我们的研究为将来深入认识疟蚊基因组结构和染色体进化机制以及传病机制等奠定了理论基础。