反刍动物的瘤胃借助其微生物系统得以高效地利用植物材料,这种消化方式造就了反刍动物在物种多样性、丰富性及地理分布方面的进化成功。目前,瘤胃中微生物的基因组接连被分析,帮助我们极大的理解了瘤胃微生物系统的运行。瘤胃纤毛虫在整个瘤胃中占据约50%的微生物生物量,是瘤胃微生物的重要组成部分,然而其基因组进化特征尚不清楚。本研究基于实验室新组装的两个目13个属19个种的52个高质量基因组及其转录组,借助比较基因组学分析手段,对瘤胃纤毛虫的基因组进化特征进行解析。研究结果如下:1.本研究通过对瘤胃纤毛虫前庭目和内毛目中的23个转录组数据及e RF1序列进行分析,发现其与纤毛虫门模式物种的终止密码子不同,两个目均使用UAA、UAG和UGA为终止密码子,可作为瘤胃纤毛虫基因预测的参考。2.通过将52个基因组进行两两比对,构建了64,189个基因家族,其中40,898个基因家族为种间共享,23,291个为种内特异。在种间共享的基因家族中,有14,871个为目间共享,6,091个为前庭目特有,19,936个为内毛目特有。大量特有的基因家族使内毛目的基因家族数量高于前庭目。3.借助113个单拷贝基因及其系统发育树进行分子钟分析,进一步精确了瘤胃纤毛虫的物种分歧时间。基因家族的扩张收缩分析发现内毛目与前庭目基因家族呈现出了不同模式:内毛目的共同祖先处有2,784个基因家族扩张,957个收缩,且13个祖先节点中7个倾向基因家族的扩张;而前庭目的共同祖先处有1,113个基因家族收缩,53个扩张,且4个祖先节点中3个倾向于基因家族的收缩。更多的基因家族扩张使内毛目物种的基因数目高于前庭目。4.通过基因树推断,共232,765次基因复制事件在瘤胃纤毛虫各进化节点被鉴定到。其中,内毛目物种祖先节点出现了5,248次基因复制事件,且该目双毛亚科与头毛亚科祖先节点出现了2,321次基因复制事件;前庭目祖先节点出现了430次基因复制事件,且该目等毛亚科物种祖先节点出现了6,290次基因复制事件。这暗示基因复制事件对于瘤胃纤毛虫的进化具有重要意义。5.以前庭目的等毛亚科为参照,分别检测前庭目的厚毛亚科及内毛目的内毛亚科、双毛亚科、头毛亚科的基因家族相比等毛亚科的选择压力。结果显示,相比等毛亚科,厚毛亚科、内毛亚科、双毛亚科、头毛亚科分别有1,893、2,914、3,037、3,071个基因家族的选择压力差异显著,其中分别有939、2,338、2,212、2,247个基因家族受到加强的纯化选择,954、576、825、824个受到选择放松。可见相比前庭目物种,内毛目物种中更多的基因家族受到了更强的纯化选择。6.通过基因注释与功能结构域注释,发现前庭目相对于内毛目基因占比更高的基因家族以及特异基因家族的功能主要与环境感应相关,而内毛目相对于前庭目基因占比更高的基因家族和特异性基因家族的功能主要与碳水化合物代谢、膜结构、囊泡运输以及抗氧化性相关。这表明在瘤胃纤毛虫进化过程中,前庭目与内毛目的基因功能呈现明显的进化差异。综上,本研究通过比较基因组学手段,构建了瘤胃纤毛虫独特的进化历史,展示了瘤胃纤毛虫中前庭目和内毛目的遗传差异及其进化机制,为后续研究提供了理论基础。