基于沙狐染色体水平的基因组揭示其半干旱环境适应机制

【作者】 张智豪； 夏天； 周生扬； 张洪海；

【机构】 曲阜师范大学生命科学学院；

【摘要】 沙狐(vulpes corsac)是食肉目(Carnivora)犬科(Canidae)狐属(Vulpes)动物,体型较小,主要栖息在亚洲北部和中部的草原和半荒漠地区。长期的野外观察发现,沙狐的生理习性表现出半干旱环境的适应。沙狐无固定的巢穴,主要占有其他穴居动物(主要是旱獭)的巢穴供自己使用,白天隐于洞穴中躲避强紫外线等不利因素,夜间捕食。沙狐食物生态位的宽度随季节变化而变化,啮齿动物是其主要食物来源,也捕食鸟类和昆虫,也可以一些植物种子为食。目前与沙狐相关的研究主要集中在宏观方面以及简单的线粒体组学分析,需要一个高质量的基因组来全面系统的阐明沙狐环境适应性的分子机制,以更好的对沙狐种群和遗传资源进行保护。我们应用Oxford Nanopore测序和Hi-C技术组装出染色体水平的沙狐基因组,基因组大小为2.2Gb,并挂载到18条染色体上。基因组预测了20511个蛋白质编码基因,其中88.9%被功能注释。系统发育分析表明与赤狐(Vulpes Vulpes)关系密切,估计分化时间约为370万年前。我们对沙狐特有基因、扩增和收缩的基因家族以及正选择的基因进行鉴定,并进行了GO和KEGG富集分析。结果发现,对味觉受体相关基因(PKD2L1, GNG13, TRPM5, Tas2r38)在沙狐中受到了正选择作用,可能揭示了该物种独特的沙漠饮食策略。沙狐特有基因和扩张基因家族显著富集到与脂质和葡萄糖代谢相关的途径(GO:0006096, GO:0006006, ko00071),可能揭示了沙狐在恶劣环境下的能量代谢和利用策略。与视觉相关的正选择基因(BBS9, GPR143, IMPG2, AIPL1, CNGA1,CNGB1, UNC119, CABP4, CACNA1F, BBS10, PAX6, ARR3, OPN1LW, LRIT3, ATF6),以及与胁迫反应相关通路的富集,可能揭示了在炎热气候下沙狐的适应机制。本研究获得的高质量基因组,揭示了沙狐半干旱环境适应的分子机制,为研究哺乳动物的半干旱适应和进化提供了宝贵的资源。更多还原