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研究方向
生物多样性基因组学研究
发育基因组学研究
社会行为的演化与发育研究
生物多样性基因组学研究

自2006年以来,我们团队完成了超过150个非模式物种的基因组解析,囊括了哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物、鱼类和昆虫等,我们研究过的物种基本覆盖了动物系统发生树上的主要分枝。特别值得一提的是,我们发起了万种鸟基因组计划(The Bird 10,000 Genomes Project, B10K),旨在收集和破解现存的10500种鸟类的基因组(b10k.genomics.cn),并结合生态、形态、生活史和考古数据来全面研究鸟类的系统演化和多样性形成的机制。此项计划的启动是建立在我们早前完成的国际鸟纲系统演化项目的基础上,该项目于2014年12月12日在《科学》杂志上以专刊的形式发表8篇论文,并另有34篇论文在其他杂志同时发表(avian.genomics.cn)。此外,最近我们联合国际上其他研究团队一同发起了另一个大规模的基因组学计划—全球蚂蚁基因组联盟(Global Ant Genomics Alliance, GAGA),旨在对全世界蚁科物种中每个属的代表物种进行基因组破译(antgenomics.dk)。
  1. 利用基因组数据重构生命之树
  2. 重构系统发生关系是揭示表型多样性演化历程的先决条件。然而,基于形态学数据或局部序列数据建立的传统系统发生分析方法往往会产生不一致的拓扑结构,原因包括不完全分化(incomplete lineage sorting, ILS)的存在、物种形成后又发生杂交、物种核苷酸组成存在偏向性或数据匮乏导致证据不足等。近年来,随着越来越多物种的全基因组序列被破译,物种演化史的研究也进入了一个全新的时代。我们团队已成功的将系统发育基因组学(phylogenomics)的研究方法运用到蝙蝠(Science 2013),龟和鳖(Nature Genetics 2013),以及树鼩(Nature Communications 2013)等物种的演化位置研究上,并通过对48个代表性鸟类基因组的研究解决了长达一个多世纪的鸟纲内部系统发生关系的历史难题(Science 2014)。我们建议将基于全基因组数据的系统发生关系重构法作为未来构建系统发生树的标准方法。
  3. 揭开基因组变异、生活史适应性和生态位的相互关系之谜
  4. 生态-演化-发育生物学(eco-evo-devo)的一个重要目标是阐明有机体的生活史如何响应自然环境的变化而作出调整的遗传基础。我们发起的B10K和GAGA项目,分别聚焦鸟类和蚁类,因为鸟类和蚁类几乎占据了陆地上所有主要的生态位,代表着地球上最成功的两大动物分枝,为我们回答上述基本问题提供了一个前所未有的机会。B10K目前我们已经完成了全球300多种鸟类物种的基因组测序,覆盖了鸟纲的所有科,而且在未来三年我们将加紧完成鸟纲2250个属的代表物种的基因组测序。GAGA联盟项目今年已经启动,将破译全球至少300种蚂蚁的基因组,相当于每个属都至少有一个
    代表。此外,我们的合作方已经收集了这两类物种有关的大量的生活史和生态学数据,这为在全球层面研究基因组演化和生态以及生活史特征之间的关系提供了独一无二的机会。

    利用近乎完整的全基因组序列信息,我们将获得更为可靠的系统发生树,这将为重新确定一些关键的生物性状在不同演化分枝上的分布情况提供一个坚实的支架。再结合收集到的大量生物表型数据,我们有机会利用最前沿的比较基因组分析方法来解决一系列生物学问题,包括准确识别跟物种生命史特征相关的基因型,鉴定物种受到自然选择的基因组区域,以及探索介导趋同演化的遗传突变等等。完整的基因组序列也将为我们提供每个物种全基因组的杂合信息,利用这些信息我们可以预测每个物种在最近的0.5-1百万年间的种群演化历史。这些都将让我们能从新的视角来理解环境变化与鸟类或者蚁类的总体生物多样性变化以及其全球分布模式之间的相互关系,同时也将促进我们对不断发生中的气候变化、入侵物种的传播以及栖息地的改变等事件可能造成的影响进行更准确的预测。
  5. 全球范围内动物-微生物共生模式的研究
  6. 所有多细胞生物的生存都离不开其肠道及其他器官中的共生微生物,这引出了所谓的共生功能体概念(holobiont),也即动物宿主和其相关连的微生物组成的混合基因型。虽然越来越多的研究证实了肠道微生物对宿主进食的食物具有加工功能,但是一些其他关键的共生微生物也逐渐被发现可能对人类的社交甚至性行为有着重要影响,这提示共生功能体可能才是协同演化的基本单元。最近在宏基因组研究方面的突破,极大的丰富了人们对人体以及少数模式物种体内微生物多样性及其功能的认识,但是对于覆盖全球范围的物种同时结合物种系统发生关系的大规模的动物-微生物共生关系研究目前仍然缺乏。

    蚂蚁具有全球范围的分布,并且最近研究发现食物能诱导蚂蚁共生微生物的专化,因此蚂蚁是研究宿主-微生物交互作用的优秀模式物种。GAGA联盟给我们提供了一个优秀的平台,让我们以及我们的合作伙伴得以获取遍及全世界的蚂蚁样本来阐明宿主-微生物共生模式的普遍性规律。海量的蚂蚁高通量测序数据将让我们得以揭示与蚂蚁共生的微生物的多样性。我们将对这些数据进行深入研究,以期首次从系统发生的角度对蚂蚁所有属的共生微生物的分类组成进行全面的描绘
  7. 基因组演化和动物适应性研究
  8. 结构基因组学除了能从宏观上描述基因组的演化历程,还能揭示物种适应特定环境的遗传基础。我们研究团队很早就开始把高通量基因组测序方法应用于生物多样性研究。通常,我们会挑选一些具有特殊生物性状的动物,从全基因组水平寻找受到正选择的基因,并研究这些基因在动物的适应性以及演化历程中所起到的作用。例如,通过比较两只远缘的蝙蝠和一些其他哺乳动物的基因组,我们发现DNA损伤检查点以及NF-κB通路相关的基因受到了强烈的正选择,很可能跟蝙蝠飞行能力的起源以及强大的免疫系统有关(Science 2013)。我们还对一些濒危物种(如大熊猫、北极熊和非洲狮等)进行了基因组研究,以及通过基因组学的方法揭示了一些物种的驯化历程(例如水稻和鸽子)。到目前为止在这方面我们已经发表了超过40篇论文,其中大部分都发表在如Nature或Science等高影响力的杂志上。值得注意的是,我们的工作并不局限于DNA层面的比较基因组研究,通常我们还结合转录组学和表观组学的技术来研究基因的表达和调控动态,从而揭示环境因素对遗传通路的影响。
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