2018-07-04
文案 | 動植物基因組(zu)事業部
瀕危物種保護
是自然保(bao)護領域最(zui)重要的工作方向之一
估計中國的瀕危(wei)物種
不(bu)少于現存物(wu)種數(shu)量的十(shi)分之一
所謂瀕危物種，指生存和種群繁衍受到威脅、乃至瀕臨滅絕的物種。
基因組研究涵(han)蓋瀕危物種的(de)
進化和(he)種群歷(li)史
揭示可能限制其生存的基因組(zu)特征
為(wei)有效保護提供了依(yi)據
應用全基因組de novo 測序
在測序(xu)、組裝、注釋的基礎上，
進行(xing)變(bian)異檢(jian)測、種群歷史、比較基因組(zu)學研究
是研(yan)究瀕危物種遺(yi)傳(chuan)特征的常用方(fang)法
物種基因組變異研究
許(xu)多小種群的(de)瀕危物種
具有較(jiao)低的(de)基因(yin)組雜合度
圖 1 種群大小(xiao)（橫軸）與雜合(he)度（縱(zong)軸）的(de)相關性
因(yin)此(ci)雜合(he)度(du)是界定瀕危(wei)物種的(de)重(zhong)要因(yin)素
溝齒鼩 是生活在加勒比群島上的食蟲動物，種群瀕危，該屬是哺乳動物中最古老的分支之一。?
對(dui)溝齒鼩進行全基因組組裝和比(bi)對(dui)
檢測SNP和(he)indel等變異(yi)位點(dian)
（使用(yong)軟件：Bowtie2、SAMtools、Bcftools、VCFtools）
基于全部變異(yi)位點
計(ji)算SNV rate評(ping)估雜合度
SNV rate=observed SNVs/possible SNVs
結論：與其他哺乳類相比，溝齒(chi)鼩基因組雜(za)合度低
證(zheng)實了這一(yi)理(li)論(lun)：
種群(qun)過小會更快的失去遺(yi)傳多樣性
圖 2 溝齒鼩（黃色）與其他哺乳動物(wu)（綠(lv)色）雜合度比較
種群歷史研究
袋狼 是澳大利亞現存最大的食肉有袋動物，在1.6億年前與犬科動物有共同祖先，于1982年宣布滅絕。?
對袋狼進行(xing)全(quan)基因組組裝
使用MSMC程序的PSMC?算法
經過以下步驟：
Reads mapping
Exclude short and X-linked scaffolds
Parameter estimation
Bootstrapping?
以3年為(wei)代時，以保守核(he)型計算(suan)突(tu)變率(lv)
分析有效種群大小變化：
圖 3 袋狼（黃）和袋獾（黑(hei)）的(de)種群歷史，Ne為有效群體大小，兩者均在(zai)70~120ka經歷的(de)多樣性的(de)顯著下降
基因家族分析
在組裝和注釋(shi)的基礎上
基(ji)于全基(ji)因組單拷(kao)貝蛋白編碼基(ji)因
應用(yong)PAML構建(jian)系統發育(yu)樹
同時顯示擴張/收縮的基因家族
圖 4 大熊貓(mao)、小熊貓(mao)及六種哺乳(ru)動物的系統發育樹(shu)，示分歧時間、擴張和收(shou)縮(suo)的基(ji)因(yin)家族
正選擇基因鑒定
基于物種(zhong)間同(tong)源基因
使用PAML的分支(zhi)-位點模型(xing)（branch-site model）鑒定正選擇(ze)基因(yin)
顯示多組物種(zhong)間比(bi)較(jiao)的鑒定結果(guo)
圖(tu) 5 不同檢測策略(lve)下識(shi)別的(de)正選擇基因數目
趨同進化研究?
大熊貓和小熊貓 分屬食肉目下不同的科，但均進化出了特殊的竹食性和適應性的偽拇指，代表了一種典型的趨同進化模式?。
對于趨同進化研究，可進行趨同氨基(ji)酸替(ti)換分析
即基于所有同源(yuan)蛋白序列，分析物種間趨同氨基酸替換位(wei)點(dian)
經泊(bo)松(song)檢驗(yan)和多重比較校正
對趨同(tong)氨基酸(suan)替換基因
與正選(xuan)擇基因取交集
這部分基(ji)因表明二(er)者
經歷適應(ying)性趨(qu)同(tong)進化
最(zui)后(hou)對這些基因進行功能富集分析（GO、KEGG注釋等(deng)）
圖 6 大(da)熊貓(mao)和小熊貓(mao)間經歷同源氨基酸替換的正選擇基因
測序樣品選取
一般(ban)動物樣品采用組織、血液等
瀕危(wei)物種也(ye)可選取標本材料
結合標本材料(liao)和現(xian)存個(ge)體(ti)樣品分(fen)析,
可以更準確(que)評估(gu)全(quan)基因組
多樣性(xing)的(de)減(jian)少、有害變異(yi)的(de)積累(lei)等信息(xi)
參考文獻
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