哺乳动物MHCⅡ类基因遗传多样性的生物地理学分布

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遗传多样性是生物多样性的基本维数,是构成物种多样性、群落多样性和生态系统多样性的基础。调查遗传多样性的地理分布以及驱动因素对理解生物进化、系统发育以及种群的动态历史和发展生物多样性保护对策有重要意义。  近年来,随着测序技术和生物信息学的发展,群体遗传学的研究开始向大空间尺度、长时间尺度和多物种的方向发展。研究者已制作出了中性位点的遗传多样性全球分布图,发现中性位点的遗传多样性与纬度、生活史特征和生物区系等都有着显著的相关性。然而,我们对功能位点遗传多样性的地理分布及驱动因素知之甚少。本论文选择受选择作用且在脊椎动物中多态性最高的主要组织相容性复合体(maj or histocompatibility complex,MHC)基因作为研究对象,调查适应性功能位点多样性在全球的分布格局,并比较它与中性位点在地理分布上的差异。  我们针对陆生哺乳动物的MHCⅡ类B基因的外显子2位点,从GenBank和己发表的文献中获取该位点核苷酸序列和地理坐标信息。我们共收集到162个物种的3130条核苷酸序列的有效样本。利用这些数据,我们绘制了它们的全球分布图,发现除南极洲外,样本在各大洲都有分布,且北美、欧洲、非洲中南部和马达加斯样本较多。样本中的物种分属12个目,46个科,平均成体体重从最小的0.008千克到最大的1043千克。  我们选择核苷酸之间的差异率作为遗传多样性的指标,绘制MHC遗传多样性的全球分布图。MHC遗传多样性的全球分布图分析显示,遗传多样性较高的区域主要集中在墨西哥中南部、亚马逊地区、非洲中部和南部、朝鲜半岛南部、澳大利亚西南和东南部以及欧洲北部。遗传多样性较低的区域主要集中在北美北部、亚欧大陆北部和南美洲南部等地区。  贝塔回归线性模型(beta regression linear model)分析显示,MHC多样性与纬度具有显著的相关性(p<0.001),随着纬度增加,遗传多样性逐渐下降。Kruskal-Wallis检验和Jonckheere-Terpstra检验表明,生物区系间MHC遗传多样性有显著的差异,在热带亚热带地区遗传多样性较高,而人类活动程度对MHC遗传多样性影响则不显著。我们进一步分析了MHC遗传多样性与物种特征如体重、平均窝崽数和寿命之间的关系,发现遗传多样性与体重、窝崽数和寿命具有显著的相关性。遗传多样性随着体重和寿命的增加而减少。  我们还调查了MHC功能多样性的地理分布,鉴定出205个MHC超型,发现超型数量和单倍型数量具有极显著的线性关系。MHC超型的多样性在纬度上的分布与MHC遗传多样性在纬度上的分布类似。  本研究首次绘制出适应性功能位点MHC遗传多样性的全球分布图,发现MHC遗传多样性在生物地理学上的分布与中性位点具有相似的模式。
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