高原鼢鼠苦味受体基因的进化适应研究

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苦味辨识能力起避免摄入或消化吸收有毒苦味物质的重要作用,因而对植食性哺乳动物的食物选择甚至生存至关重要。苦味受体基因家族编码的苦味受体蛋白能与食物中的苦味物质结合,通过神经传导产生苦味,并引起觅食回避反应。因此,分析苦味受体基因家族的遗传变异特征以及与不同尺度上的生态因子变化之间的关系,可以阐明植食性哺乳动物食物选择的遗传学机制。本论文以青藏高原唯一的土著植食性地下啮齿动物高原鼢鼠为对象,应用觅食生态学方法确定其在不同洞道或不同生境条件下的苦味食物选择,用分子生物学技术确定其苦味受体基因的遗传变异特征,综合分析种群内水平上苦味受体基因遗传变异与苦味食物选择之间的关系,以及种群间水平上苦味受体基因所受的选择压力与生态环境因子变化之间的关系。  结合基因组测序和Sanger测序,得到了26个苦味受体基因的全序列,且不同底物广谱型的基因所受的选择压力差异显著。同时,转录组分析发现,苦味受体基因在舌、肠、肝3种器官组织中的表达无显著差异,但在舌和肝组织中的表达量呈正相关。  种群内的研究结果显示,高原鼢鼠对苦味植物具有明显的选择性,不同个体对苦味物质的敏感性也存在巨大的差别。通过Mann-whitney检验,从26个苦味受体基因中找到了5个基因的不同基因型(主效基因型和突变基因型)对应的苦味物质选择指数差异显著。其中,zT2r115、zT2r119和zT2r136在DNA水平上显著,zT2r126、zT2r134和zT2r136(显著性水平高于DNA水平)在AA水平上显著,zT2r134的突变基因型是假基因。DAPC分析发现,56个个体的26个苦味受体基因中的氨基酸突变位点与它们对栖息地类型的选择有显著关联,即个体特定的苦味受体基因型组合对应其特定的栖息地选择,这为基因分化导致物种分化提供了有力证据。  对28个种群的zT2r134和zT2r138基因的选择压力指数(ω)与环境因子(纬度、海拔、降水、温度、植被的年净初级生产力)进行相关分析发现,zT2r134基因的(ω)与纬度和温度正相关、与海拔和降水负相关、与年净初级生产力无明显的相关关系。通径分析表明可能的机制是:纬度增加→AP减少→可利用的杂草类草本植物减少→zT2r134基因的(ω)值变大→对苦味食物的敏感性降低。另外,对应高寒草甸、高寒灌丛和高寒草原三种栖息地类型的不同种群的zT2r134基因的(ω)差异显著,且高寒草甸和高寒灌丛种群的(ω)均显著小于高寒草原种群,推测与不同栖息地类型中的苦味植物多少有关。而zT2r138基因在两类分析中均无显著相关和差异。基于此,结合这两个基因和cytb基因进行遗传结构分析,发现zT2r134基因无明显的遗传结构,而cytb基因聚成了明显的八大枝,zT2r138基因也聚成了三大枝,进一步说明zT2r134基因受到了环境选择压力。
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