Assessing changes in genomic divergence following a century of human‐mediated secondary contact among wild and captive‐bred ducks

Along with manipulating habitat, the direct release of domesticated individuals into the wild is a practice used worldwide to augment wildlife populations. We test between possible outcomes of human‐mediated secondary contact using genomic techniques at both historical and contemporary timescales for two iconic duck species. First, we sequence several thousand ddRAD‐seq loci for contemporary mallards (Anas platyrhynchos) throughout North America and two domestic mallard types (i.e., known game‐farm mallards and feral Khaki Campbell's). We show that North American mallards may well be becoming a hybrid swarm due to interbreeding with domesticated game‐farm mallards released for hunting. Next, to attain a historical perspective, we applied a bait‐capture array targeting thousands of loci in century‐old (1842–1915) and contemporary (2009–2010) mallard and American black duck (Anas rubripes) specimens. We conclude that American black ducks and mallards have always been closely related, with a divergence time of ~600,000 years before present, and likely evolved through prolonged isolation followed by limited bouts of gene flow (i.e., secondary contact). They continue to maintain genetic separation, a finding that overturns decades of prior research and speculation suggesting the genetic extinction of the American black duck due to contemporary interbreeding with mallards. Thus, despite having high rates of hybridization, actual gene flow is limited between mallards and American black ducks. Conversely, our historical and contemporary data confirm that the intensive stocking of game‐farm mallards during the last ~100 years has fundamentally changed the genetic integrity of North America's wild mallard population, especially in the east. It thus becomes of great interest to ask whether the iconic North American mallard is declining in the wild due to introgression of maladaptive traits from domesticated forms. Moreover, we hypothesize that differential gene flow from domestic game‐farm mallards into the wild mallard population may explain the overall temporal increase in differentiation between wild black ducks and mallards, as well as the uncoupling of genetic diversity and effective population size estimates across time in our results. Finally, our findings highlight how genomic methods can recover complex population histories by capturing DNA preserved in traditional museum specimens.     

油菜FBA基因克隆、表达分析及其与抗旱性的关系

为了解果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase,FBA)在油菜抗旱中的作用,揭示油菜干旱胁迫下FBA基因表达量、光合指标、产量等之间的关系,为油菜等作物抗旱性鉴定和抗旱性改良提供依据。以抗旱性强的甘蓝型油菜94005为材料,在初花期进行干旱胁迫处理,以正常浇水作为对照;测定叶片光合参数和FBA酶活性,通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析FBA基因的表达量;采用RACE方法对FBA基因进行全长克隆,并对测序结果进行生物信息学分析;复水后生长至成熟期测定产量,分析产量、光合指标、FBA基因表达量等之间的关系。结果表明,随着干旱的加剧,油菜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、产量均下降,FBA活性和FBA基因的表达量上升。在轻度、中度和重度干旱胁迫下,油菜叶片胞间CO_2浓度(Ci)显著下降,水分利用率(WUE)上升;极度胁迫下,Ci上升,WUE下降;油菜产量、净光合速率与FBA活性和FBA表达量呈显著负相关。FBA基因全长序列1440bp,ORF(开放阅读框)位于60—1172区域,编码370个氨基酸;蛋白分子量为38.51 KDa,等电点6.92;同源性对比显示,甘蓝型油菜FBA基因与拟南芥FBA基因的一致性在87%以上。二级结构预测结果表明FBA蛋白由α-螺旋、无规则卷曲、延伸链以及β-转角组成,4种二级结构元件所占比例分别为43.85%、31.28%、17.60%、7.26%。因此,干旱胁迫下油菜的净光合速率下降、产量降低,随着胁迫的加剧,降低幅度增大。FBA基因与干旱胁迫密切相关,干旱胁迫下,FBA基因主要通过抑制光合、降低蒸腾、促进糖酵解和有氧呼吸等途径来提高植物对干旱胁迫的适应性。     

北部湾涠洲岛水域发现上颌和须板异常的布氏鲸:对保护的启示

2018年初以来,北部湾涠洲岛附近出现了布氏鲸（Balaenoptera edeni）的活动。一头上颌与须板异常的小布氏鲸个体引发热议,其视频在网络上广泛流传。我们在船只调查时,目击该个体10次,其以单独活动为主（90%）,主要出现在涠洲岛到斜阳岛之间的水域,最小凸多边形家域面积为14km2,核心家域面积为166.9km²。然而,在 2019年3月30日我们发现该个体已死亡漂浮在海面,根据尸体腐烂状况来推测,该个体的死亡时间大约为3~5日,死亡原因不明。根据照片和现场解剖分析,推测该小布氏鲸的上颌和鲸须异常可能是被渔网或绳索缠绕导致的。由于无法从外形上确认属于哪一个亚种,因此我们测定了该个体的线粒体DNA D-loop（mitochondrial DNA, mtDNA）和细胞色素b（cytochrome b, Cyt b）基因,分别得到909bp和395bp的序列,经比对和系统发育重建,发现该个体属于近岸分布的小布氏鲸亚种（Eden’s whale, B. e. edeni）。由于小布氏鲸具有一定季节迁移特性,我们无法判断造成其上颌伤害的渔网或绳索是否在中国水域。尽管如此,仍然建议当地部门应加强宣传,减少渔网等海洋垃圾的丢弃和排放,为小布氏鲸营造一个安全的栖息环境。     

刺梨GL2同源基因的克隆、系谱树和表达分析

为了观察刺梨果实的果刺细胞学发育过程,该研究以刺梨‘贵农5号''的cDNA为模板,通过RACE克隆获得刺梨中与拟南芥表皮毛形成GL2的同源基因RrGL2,并对该基因进行生物信息学分析和表达分析。结果表明:(1)刺结构在花芽形成早期基部内的细胞首先不断分裂,向外继续发育,中部的细胞变细、变长形成“针”状结构,顶部的细胞逐渐木质化使刺变硬,形成果刺。(2)通过RACE扩增得到RrGL2的cDNA全长2 292 bp,编码763 aa氨基酸。(3)RrGL2具有Homeodomain同源结构域和StAR磷脂酰胆碱转移蛋白的结构域,RrGL2与其他物种编码的GL2氨基酸同源性高度相似,并且系谱树分析揭示刺梨RrGL2和野草莓的GL2密切相关。(4)qRT-PCR分析表明,RrGL2在茎和果实中的表达水平高于其他组织,在花后7周果刺中的表达最高,是3周和5周果刺中的7.87倍和2.10倍。综上结果发现RrGL2的功能与果刺的形成发育密切相关,该研究为刺梨中刺形成的分子机制和育种提供了理论基础。     

橡胶树橡胶生物合成调控相关基因的表达相关性分析

该文通过qPCR获得了正常割胶条件下,9个茉莉酸信号途径关键环节基因HbCOI1、HbJAZ1、HbJAZ2、HbJAZ3、HbMYC1、HbMYC2、HbMYC3、HbMYC4、HbMYC5和6个橡胶生物合成相关基因HbHRT2、HbSRPP、HbREF、HbHMGR1、HbHRT1、HbGAPDH在5个橡胶树魏克汉种质和5个1981''IRRDB种质胶乳中的表达数据; 通过皮尔逊相关系数分析了这15个基因彼此间的表达相关性,分别获得105对基因的双变量相关系数(r12)和偏相关系数(r12.3),所有105对基因的双变量相关系数(︱r12︱)和偏相关系数(︱r12.3︱)的平均值分别为0.486 ± 0.220和0.304 ± 0.211,达到0.05的差异显著水平。其中,r12与r12.3方向相同的63对(60%),方向相反的42对(40%); ︱r12︱<︱r12.3︱的23对(21.905%),︱r12︱>︱r12.3︱的82对(78.095%); 双变量相关显著性P<0.05的76对(72.38%),P<0.01的59对(56.19%); 偏相关显著性P<0.05的21对(20%),P<0.01的16对(15.24%)。结果显示,这两条途径中的基因表达彼此相关,这为基因表达谱分析中普遍采用的前提假设“功能相关基因的表达相关”提供了进一步的实验证据,可用于挖掘、筛选和预测与橡胶生物合成相关的未知基因,为研究橡胶树产量形成的分子调控机理提供理论基础。     

基于BSA-seq法的油菜野芥胞质雄性不育恢复基因的分析

细胞质雄性不育是利用杂种优势创制油菜杂交种的重要途径之一。而恢复系的选育及恢复基因的研究有利于提高细胞质雄性不育系的应用价值。该研究以甘蓝型油菜细胞质雄性不育系1193A和恢复系15-R1为亲本,以F_2群体构建了2个极端性状混池,采用BSA-seq技术方法,对恢复基因进行定位分析。结果表明:(1)不育系1193A与恢复系15-R1之间共获得非同义突变的SNPs共33 883个,混池间共有7 996个非同义编码突变。(2)InDel检测与注释结果表明,亲本间引起移码突变的有2 918个,混池间引起移码突变的有840个。(3)综合SNP和InDel的关联分析结果,将恢复基因定位于C09染色体上的0～880000区域,总长度为880 kb。(4)对候选区域的SNP和InDel注释发现,亲本间存在非同义突变的SNP共40个,混池间存在非同义突变的SNP共65个,亲本间存在移码突变的InDel共7个,混池间存在移码突变的InDel共11个;对候选区间内的编码基因进行注释,结果共注释到162个基因,其中存在非同义突变基因11个,移码突变基因5个,这些基因可能与育性恢复有关。     

水稻NAM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

植物特异性转录因子NAM家族从属于NAC转录因子超家族,在植株生长发育、生理代谢以及应对各种胁迫反应中均发挥重要作用。该研究采用生物信息学方法鉴定水稻基因组中的NAM基因,分析其时空表达模式、亚细胞定位以及蛋白相互作用,并采用实时定量qRT PCR方法分析不同外源激素(如SA、ABA和MeJA)以及非生物胁迫(包括干旱、盐和冷)处理下各NAM基因的表达特征,为进一步探索NAM基因在非生物胁迫中的功能和应激机制以及激素调控途径奠定基础。结果显示：(1)从水稻基因组中共鉴定出48个NAM基因,进化分析将其分为5个亚家族;NAM基因在水稻基因组中存在9对片段复制事件。(2)组织表达分析显示,NAM基因在水稻不同组织及发育时期表现特异性表达,特别是叶鞘、茎和节的生长过程中高表达,且大多数是核定位,并存在多种蛋白互作。(3)实时定量qRT PCR表达分析显示,10个NAM基因在不同组织中均特异表达;大部分NAM基因在盐和干旱胁迫下表达上调,而在冷胁迫下表达降低;SA、ABA和MeJA处理均可显著改变各NAM基因的表达水平。研究表明,NAM基因在水稻生长发育、激素应答和非生物胁迫响应中具有重要作用。     

豚鹿MHC-DOA基因克隆及其外显子2遗传多样性研究

主要组织相容性复合物(MHC)在脊椎动物的免疫系统中起着重要的作用,MHC-DOA基因是MHCⅡ类的非经典基因,其外显子2多态性丰富。豚鹿Axis porcinus是我国极度濒危的动物。本研究以成都动物园圈养的38头豚鹿为研究对象,提取豚鹿血液总RNA,反转录合成cDNA为模板,利用PCR方法克隆到豚鹿MHC-DOA序列;同时利用PCR方法扩增38头豚鹿的MHC-DOA基因外显子2基因并测序,再进行多态性分析。结果显示:豚鹿MHC-DOA基因开放阅读框长753 bp,编码250个氨基酸残基;蛋白质同源性分析表明,豚鹿MHC-DOA基因与东欧马鹿Cervus elaphus hippelaphus的同源性最高(98.4%);38头豚鹿的MHC-DOA外显子2共有10种单倍型,整体遗传多样性水平中等;MHC-DOA外显子2部分序列中发生了核苷酸的缺失和插入,进而引起DOA蛋白序列发生改变。豚鹿MHC-DOA多态性的研究对豚鹿种群遗传结构调查、遗传资源的保护具有重要意义。     

Komagataeibacter rhaeticus 3-15全基因组及葡萄糖脱氢酶基因缺失体的构建

细菌纤维素(BC)是一种新型的可再生、可降解的生物高分子材料。为了最大程度的发挥BC生产菌株K.rhaeticus 315的生产能力,本文首先对K.rhaeticus 315进行全基因组测序,通过功能基因的注释、分析碳源代谢流向。结果显示,该菌株碳代谢特征之一是缺乏磷酸果糖激酶的编码基因,不能通过EMP途径代谢糖类碳源,而是主要通过PPP途径和TCA途径代谢碳源,维持菌体生长和BC合成。由于葡萄糖脱氢酶的存在,该菌株在合成BC的同时生成大量副产物—葡萄糖酸。为此,本文通过敲除葡萄糖酸合成酶相关基因,即葡萄糖脱氢酶基因gcd,构建葡萄糖脱氢酶基因缺失重组株(gcd^-),将葡萄糖酸的生成量降低了77%。