地山雀與大山雀喙型差異的分子調(diào)控機(jī)制.pdf

1、脊椎動(dòng)物的顱面骨結(jié)構(gòu)極其多變且具有物種特異性，尤其是鳥類的喙。鳥類喙型的變異被認(rèn)為是“生態(tài)力”作用的產(chǎn)物，每個(gè)物種喙的形態(tài)對(duì)其生活方式和生存模式都至關(guān)重要。神經(jīng)嵴細(xì)胞是引起喙變異的內(nèi)在起源，家鴨和鵪鶉的移植實(shí)驗(yàn)也證明了這些細(xì)胞中包含著特異性信息。喙的組成結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)NP的發(fā)育是上喙變異的最直接原因，主要由BMP4、CALM1、TGFBR2、CTNNB1和DKK3的表達(dá)水平調(diào)控。喙型與其內(nèi)在發(fā)育機(jī)制的關(guān)系非常微妙，相同的分子信號(hào)機(jī)制可能產(chǎn)生

2、截然不同的喙型，形狀相似的喙型也可能源于截然不同的分子調(diào)控機(jī)制，且各種機(jī)制相互作用。針對(duì)目前喙型調(diào)控研究類群少且只關(guān)注于基因表達(dá)水平的局限性，本文以地山雀(Parus humilis)和大山雀(Parus major)兩種近緣物種為研究對(duì)象，采用幾何形態(tài)學(xué)方法探討喙的形態(tài)變化趨勢(shì)以及適應(yīng)性，繼而應(yīng)用新一代高通量測(cè)序技術(shù)RNA-Seq，從基因表達(dá)水平和結(jié)構(gòu)變異兩個(gè)層面來探索這兩個(gè)近緣種截然不同喙型分化的分子調(diào)控機(jī)制。
　　1)為了消

3、除體重對(duì)地山雀與大山雀喙維度大小的影響，采用體重的立方根來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，線性測(cè)量數(shù)據(jù)的小提琴圖分析、t檢驗(yàn)和PCA分析顯示，地山雀比大山雀具有更長且相對(duì)更尖的喙;同時(shí)結(jié)合標(biāo)點(diǎn)法和半標(biāo)點(diǎn)法的幾何形態(tài)分析顯示，地山雀比大山雀具有更加彎曲的喙;綜合分析表明，喙由大山雀的短、鈍和直的形態(tài)向地山雀的長、尖且彎曲的形態(tài)演變。根據(jù)地山雀與大山雀生境和行為的差異，我們推測(cè)，地山雀喙的變長和彎曲可能是適應(yīng)高寒草甸環(huán)境下取食行為和掘洞行為的結(jié)果。
　　

4、2)為了減少假陽性基因的干擾，結(jié)合Cuffdiff2和DESeq兩種方法取交集進(jìn)行差異表達(dá)分析，cut-off值為P-value＞0.01和|log2(fold change)|＞1，獲得292個(gè)共有的差異表達(dá)基因。通過功能富集與聚類分析，最終篩選出41個(gè)可能與喙型相關(guān)的差異表達(dá)基因，其中上調(diào)基因15個(gè)，下調(diào)基因26個(gè)，分布于Wnt、TGF-β、MAPK、Calcium、OCD、Hedgehog、Notch和RAC等8個(gè)信號(hào)通路中，且包

5、含這些通路的調(diào)控因子以及一些轉(zhuǎn)錄因子TFs。
　　3)4個(gè)樣本的SNP分析共檢測(cè)359，748個(gè)SNP位點(diǎn)，外顯子編碼區(qū)有51，461個(gè)SNP位點(diǎn)，只占總數(shù)的14.305％，其中非同義替換位點(diǎn)15，371個(gè)，同義替換位點(diǎn)35，168個(gè)，具有非同義替換位點(diǎn)的基因共3，963個(gè)。Codeml和MYN法共計(jì)算出205個(gè)基因的Ka/Ks值大于1。功能富集后獲得26個(gè)可能與喙型相關(guān)的正選擇基因，分布于Wnt、TGF-β、MAPK、Calci

6、um、Hedgehog、 Notch和RAC等7個(gè)信號(hào)通路中，以及包含一些在發(fā)育過程中調(diào)控運(yùn)動(dòng)器官形態(tài)的基因。
　　26個(gè)差異表達(dá)基因與12個(gè)正選擇基因的蛋白互作關(guān)系表明，PDGFRA、PDGFC、PLCG1和GLI2的結(jié)構(gòu)變異調(diào)控信號(hào)通路MAPK、OCD、Wnt和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)水平，從而調(diào)控地山雀和大山雀特異性的喙型。FGF17、FGF13、OTX2、DLX2、SOX1/2、ASCL1、FOXG1、IRX6等上調(diào)基因調(diào)控喙變得更