基因组研究揭示金丝猴属物种高海拔适应遗传机制
为什么这篇文章能发NG？
1.材料选的好：濒危物种有很强的社会影响力，该物种还有个特性就是分布在高海拔地区，所以对它的高海拔适应遗传机制的研究就显得尤为重要（如何进化）。
2.本研究基于多层次研究，包括种上和群体的基因组序列分析，转录组和功能实验，发现与金丝猴物种适应高海拔环境相关的遗传机制。以非人灵长类为研究模型，为高海拔适应这一复杂性状提供一个新的和更全面的揭示。
研究背景：金丝猴属(Rhinopithecus)包括滇金丝猴(R. bieti)，怒江金丝猴(R. strykeri )，川金丝猴(R. roxellana)、黔金丝猴(R. brelichia)和越南金丝猴(R. avunculus)5个近缘物种，目前所有物种均被列为红色物种名录濒危物种。除了重要保护生物学价值，金丝猴属物种不仅发展出以树叶为食的特化食性，而且占据了从低海拔到高海拔的生境类型(800-4500m)，金丝猴属为研究动物对高海拔环境适应性进化遗传机制提供了很好的动物模型。
研究材料：滇金丝猴(R. bieti)，怒江金丝猴(R. strykeri )，川金丝猴(R. roxellana)，黔金丝猴(R. brelichia)和越南金丝猴(R. avunculus)各一只用于全基因组测序；19只滇金丝猴（高海拔群体，>4 km）及25只怒江金丝猴（低海拔群体，<2km）个体用于群体分析。滇金丝猴及猕猴的血液及11个不同组织的样本用于转录组测序。
研究方法：
测序平台：Illumia hiseq2000；流式细胞仪；蛋白体外表达纯化；SDS-PAGE等；
研究结果:
1. 测序相关结果：
利用二代Ilumina HiSeq2000测序平台，对一只滇金丝猴进行de novo测序，得到了270 G数据，测序深度为76.5×。 基因组评估大小为3.52 Gb，实际组装大小为2.98G。其中contig N50长度为20,489 bp，scaffold N50长度为2.22Mb。该基因组共预测出了22,834个基因。通过对滇金丝猴，怒江金丝猴，川金丝猴，黔金丝猴，和越南金丝猴个体进行全基因组测序，分别得到了162Gb、97Gb、288Gb、118Gb、115 Gb数据。通过对转录组样品进行测序共获得了240Gb数据。
2. 比较基因组分析：
滇金丝猴与猕猴的基因组拥有很好的共线性，作者找到了21,812个近期的复制片段，总长度为72.1Mb。在滇金丝猴中有231个基因家族相对于猕猴发生了显著性扩张，主要集中在DNA修复和氧化磷酸化过程相关基因家族。
图 金丝猴比较基因组学分析
3. 比较转录组分析：
作者对滇金丝猴与猕猴的的11个组织进行了比较转录组分析发现，相比于不同物种的相同组织样品，来自消化系统及能量代谢的不同组织的在相同物种中的基因表达模式更为相近。而高表达基因主要与氧化磷酸化及收缩相关。
图 比较转录组分析
4. 进化分析：
利用5种金丝猴及猕猴之间的SNP构建了物种进化树发现高海拔的滇金丝猴及怒江金丝猴与低海拔的越南金丝猴属于同一枝，而低海拔的黔金丝猴与高海拔的川金丝猴属于同一枝。滇金丝猴及怒江金丝猴与越南金丝猴在80万年前分化，而黔金丝猴与川金丝猴在1百万年前完成分化。通过对高低海拔不同种金丝猴进行氨基酸替换分析找到了18个基因中的20个位点拥有高低海分型一致性，其中16个基因同时属于正选择基因。另外有６个基因与肺功能，DNA修复，血管形成，呼吸的粘毛运动相关。
图 金丝猴地理分布及进化关系
5. 高低海拔分型一致基因实验验证：
对其中与DNA修复相关的CDT1的紫外辐照实验表明突变型相对于野生型具有更强的稳定性，推测突变有助于金丝猴在高海拔环境中对紫外线的抵抗。对与血管生成相关的RNASE4基因检测发现突变型在诱导HUVEC细胞生成管状结构方面具有更高活性。推测突变可能增强RNASE4的血管生成能力，有助于金丝猴适应高海拔环境。
图 RNASE4和CDT1基因的功能验证结果
6. 高低海拔群体分析：
作者对滇金丝猴一个群体（20个样本）和川金丝猴三个群体（26个样本）进行选择性清除分析，发现了多群体共有和各群体特异的中的受选择基因，这些基因与DNA修复，心脏和血管发育，缺氧反应，能量代谢和血管生成相关。
表２高低海拔适应性候选基因
结论：本研究基于多层次研究，包括种上和群体的基因组序列分析，转录组和功能实验，发现与金丝猴物种适应高海拔环境相关的遗传机制。以非人灵长类为研究模型，为高海拔适应这一复杂性状提供一个新的和更全面的揭示。
Reference: Li Y, Wang G D, Ruan J, et al. Genomic analysis of snub-nosed monkeys (Rhinopithecus) identifies genes and processes related to high-altitude adaptation[J]. Nature Genetics, 2016.
金丝猴属(Rhinopithecus)属于灵长目，猴科，疣猴亚科，包括5个近缘物种：滇金丝猴（R.bieti），怒江金丝猴(R.strykeri )，川金丝猴(R. roxellana)、黔金丝猴(R. brelichia)和越南金丝猴(R. avunculus)。所有物种均被列为红色物种名录濒危物种。除了重要保护生物学价值，金丝猴属物种不仅发展出以树叶为食的特化食性，而且占据了从低海拔到高海拔的生境类型（800-4500m）。黔金丝猴和越南金丝猴分别生活在中国贵州和越南北部的低地山区，滇金丝猴，川金丝猴和怒江金丝猴生活在西藏和中国中部不同的高海拔区域。尤其是滇金丝猴，目前仅存于我国滇藏交界的高寒森林中，海拔高度都在4000米左右, 是除人类外世界海拔分布最高的灵长类动物。金丝猴属物种为研究动物对高海拔环境适应性进化遗传机制提供了很好的动物模型。近年来基因组学，特别是进化基因组学的发展，为系统和整体的揭示自然选择的遗传机制提供了前所未有的机会。
云南大学于黎研究员课题组，中国科学院昆明动物研究所张亚平院士课题组和陈勇斌课题组、芝加哥大学吴仲义教授课题组和北京基因组所强强联合，成立联合攻关团队，对金丝猴属物种高海拔环境适应遗传机制开展研究。首先，利用二代Ilumina HiSeq2000测序平台，对一只滇金丝猴进行de novo测序，并与其它哺乳动物的比较基因组分析显示：滇金丝猴中显著扩张基因家族中的基因显著富集在DNA修复和氧化磷酸化过程。此外，对滇金丝猴和猕猴多个组织进行RNA测序和比较转录组分析显示：能量代谢相关组织(心脏和肌肉)中高表达基因在物种间的组织比物种内不同组织之间表现出更大的相似性,而且高表达基因富集在与氧化磷酸化和心脏肌肉收缩相关通路。
接下来，对同属的黔金丝猴，怒江金丝猴和越南金丝猴各一个个体进行全基因组重测序，并结合已经发表的川金丝猴de novo基因组，通过比较基因组学分析，在三个高海拔金丝猴物种中（滇金丝猴，怒江金丝猴和川金丝猴）发现6个基因中的8个共有氨基酸替换。这些基因与肺功能，DNA修复和血管生成相关。对其中与DNA修复相关的CDT1的紫外辐照实验表明突变型相对于野生型具有更强的稳定性。推测突变有助于金丝猴在高海拔环境中对紫外线的抵抗。对与血管生成相关的RNASE4基因检测发现突变型在诱导HUVEC细胞生成管状结构方面具有更高活性。推测突变可能增强RNASE4的血管生成能力，有助于金丝猴适应高海拔环境。最后，对滇金丝猴一个群体（20个个体）和川金丝猴三个群体（26个个体）进行基因组扫描，发现了群体之间的重叠和各群体特异的受选择基因，这些基因与DNA修复，心脏和血管发育，缺氧反应，能量代谢和血管生成相关。
本研究基于多层次研究，包括种上和群体的基因组序列分析，转录组和功能实验，发现与金丝猴物种适应高海拔环境相关的遗传机制。以非人灵长类为研究模型，为高海拔适应这一复杂性状提供一个新的和更全面的揭示。该研究结果于7月11日在线发表于Nature Genetics上（Genomic analysis of snub-nosed monkeys (Rhinopithecus) identifies genes and processes related to high-altitude adaptation, Nature Genetics, DOI: 10.1038/ng.3615）。于黎研究员，吴仲义教授和张亚平院士为论文的通讯作者。
