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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
社会行为的演化与发育研究

  1. 社会性的基因组演化
  2. 社会性的出现是物种演化过程中的一次重要转变,而且在蚂蚁、蜜蜂、胡蜂、白蚁和裸鼹鼠中独立起源和演化。自2009年以来,我们团队一直积极参与社会性动物的基因组研究,迄今为止,已对包括蚂蚁、蜂类和白蚁在内的20多种社会昆虫进行了基因组测序和分析。全基因组比较分析使我们能够识别与社会性演化相对应的基因组特征。这其中包括对10种蜂类物种进行的大规模比较基因组学研究,这些物种在社会复杂性方面有明显差异,代表着社会性演化过程中的多次独立的转变(Science 2015)。我们发现,随着社会复杂性的增加,许多重要基因显示出源自放松选择的中性演化趋势。每一次独立的社会性演化转变都具有独立的遗传基础。我们还观察到在社会性演化过程中基因调控网络的复杂程度不断提高。这些结果支持了基因调控的变化是生物体演化转变的关键特征这一预测,并进一步揭示了趋同的适应和非适应演化过程在从独居到群体生活的多次独立转变的早期和晚期阶段都是常见的。我们的GAGA项目计划产生的大量基因组序列将为蚂蚁的社会性演化和不同蚂蚁谱系的特化生活史背后的遗传机制提供全面的阐释。

    除了DNA水平外,我们团队也致力于研究社会性动物个体发育可塑性的表观遗传调控机制。我们团队完成了首个蚂蚁DNA甲基化组的研究,并通过比较两种高度分歧的蚂蚁物种的蚁后和工蚁之间的基因表达和甲基化图谱差异,发现了蚁后和工蚁寿命差异的关键基因以及可能在蚂蚁等级分化和通讯上面起重要作用的神经通路(Current Biology 2012)。我们还研究了蚂蚁中的RNA编辑调控,证明在A. echinatior的成年工蚁和处女蚁后的大脑中许多神经通路基因发生了转录后的RNA编辑调控。事实上,在这种蚂蚁中,神经传递以及和睡眠/清醒相关的昼夜节律基因是最富集RNA编辑位点的(Nature Communications 2014)。
  3. 蚂蚁行为和形态等级分化的遗传和神经生物学基础
  4. 社会性昆虫,例如蚂蚁,是人类之外最复杂的社会性生物。达尔文主义的社会性进化理论越来越强调社会性的等级分化和后生动物细胞谱系分化之间的相似性。然而,与动物发育和神经生物学的巨大进展相比,我们对个体发育过程中等级分化的机制的理解是极其有限的。我们课题组进行了多项社会性动物基因组学的开创性研究,以解决社会性演化的遗传基础问题。为进一步揭示等级和行为分化的遗传机理和神经生物学基础,我们团队已开发了切叶蚁(Acromyrmex echinatior)和法老蚁(Monomorium pharaonis)作为功能研究的动物模型。我们已经制定了多个研究方案来从发育、演化和神经生物学角度回答这些问题。
  5. 超个体(superorganism)的发育和脑基因组学研究
  6. 大脑是调节和控制行为的中枢器官,而行为在社会性昆虫的不同等级间存在明显的差别。 社会性昆虫中的不育等级就类似于躯体器官中的体细胞,对超个体(群落)起到支持作用而不参与传代。由于多细胞动物的发育受到复杂的细胞信号回路的精密调节,等级分化只允许较少的不育表型的发育通路存在,并且每个通路都需要具有特定神经回路的脑型来确保个体自身内部的一致性和表型的灵活性以及与相同群落中其他等级个体间通信的最优性。最近的研究表明,调节社会行为的复杂转录网络与幼虫发育早期建立起来的激素滴度有关,但是具体的基因网络以及它们在发育过程中的动态变化几乎没有被探索过。因此,在个体水平系统监测雄性以及不同雌性等级幼虫发育过程中的大脑基因表达变化,以得到造成等级间发育分化的等级特异性转录图谱,是我们接下来要重点开展的工作。
  7. 社会性昆虫脑部的3D原位转录组
  8. 脑的复杂性来自于脑的结构和细胞的多样性,但最终还是来自内在的基因调控网络的复杂性。因此,对于剖析大脑遗传结构的关键一步是能够获得一个贯穿全脑的全基因组水平的转录图谱。在之前的许多研究中,人们已经能够获得大脑特定区域的转录组图谱,但是这种方法往往无法捕获神经元的异质性信号以及细胞转录组在大脑空间分布上的全貌。我们将利用一种既能捕获组织/器官中的基因表达活性又能同时保留转录本的空间信息的原位测序技术(in-situ sequencing, ISS)来尝试构建一个完整的3D大脑转录组图谱。这项新技术的研发将对未来神经科学的研究提供一个全新且有力的工具。
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