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外来物种入侵是生态系统、全球经济和人类社会主要威胁之一。深入解析生物入侵中快速局域适应的分子机理对进化和保护生物学的许多关键问题回答，以及理解物种如何应对快速变化的环境都具有重要意义。由于外来种群入侵到新的环境中可能会面临各种生物和非生物的自然选择压力，因此自然选择可能会驱动入侵种群产生不同方向的局域适应。传统理论认为，遗传变异是局域适应的主要分子基础，物种的性状受到遗传变异控制并在自然选择驱动下参与局域适应。而最近的研究表明即使在完全没有遗传变异的情况下，表观遗传变异（例如DNA甲基化修饰）可以调节基因在时间和空间上表达水平以响应环境变化并介导局域适应。本研究以烈性入侵模式生物玻璃海鞘为研究对象，利用亚硫酸氢盐测序在全基因组水平探究入侵过程中局域适应的遗传与表观遗传分子机理。 1.玻璃海鞘全基因组水平SNP开发 利用全基因组亚硫酸氢盐测序，我们开发得到的2，235，475个玻璃海鞘全基因组SNP均匀分布于14对染色体上，大约每75个碱基就存在一个SNP。对得到的SNP进行分类统计，得到转换与颠换的比例是1.3∶1。对SNP进行注释分析，得到SNP位于3UTR，5UTR，downstream，exonic，intergenic，intronic，upstream和splicing regions位置的比例分别是2.12％，1.33％，6.76％，10.47％，21.62％，46.48％，11.13％和0.1％。其中非同义和同义的SNP比例分别是40.16％和59.19％。经过Z值转换后，全基因组范围SNP的平均观测杂合度是-0.7252，每个位点在-0.0002到-1.9832之间。遗传分化平均值是0.7543，每个位点在0.0001到2.2015之间。利用高通量测序开发得到的玻璃海鞘全基因组SNP，可以作为一个重要的资源，用于全基因组关联分析和选择性扫除分析。 2.玻璃海鞘局域适应的遗传机理研究 利用全基因组亚硫酸氢盐测序开发得到的2，235，475个玻璃海鞘SNP进行全基因组扫描分析。结果表明在不同入侵群体中，我们检测到明显的全基因组遗传分化和大量受选择位点（100个位点，FDR=0.01）。对候选位点进行注释，结果涵盖一系列功能基因，包括离子转运、生物代谢、细胞分子代谢途径、信号转导、物质运输和应激反应。特别是，一些基因如钠和氯离子依赖性转运蛋白基因，钠离子通道蛋白基因等在调节基因表达和应对环境胁迫中起着重要的作用。总之，通过基因组扫描检测到了全基因组遗传分化并发现了一系列遗传变异控制的功能基因，可能是近期自然选择下参与生物入侵中局域适应的印迹。这些研究结果支持局域适应假说，并有助于解析生物入侵中局域适应的遗传分子机理。 3.玻璃海鞘局域适应的表观遗传机理研究 传统的理论认为，局域适应是自然选择作用于群体遗传变异决定的表型结果。最近研究发现，表观遗传变异(DNA甲基化修饰)可以迅速改变基因时间和空间上的表达模式，并独立于遗传变异参与局域适应。为了探究生物入侵中参与局域适应的表观遗传分子机理，利用全基因组亚硫酸氢盐测序对入侵生物玻璃海鞘不同群体进行表观基因组扫描研究。结果表明在不同群体中存在明显的表观遗传分化和大量甲基化差异区间，可能参与生物入侵过程中应对当地选择的局域适应过程。最后，我们对差异区间进行注释，结果涵盖一系列功能基因，包括离子转运、生物代谢、细胞分子代谢途径、信号转导、物质运输和应激反应。特别是钠离子通道蛋白基因、甲基转移酶基因、H(+)/Cl(-)交换转运蛋白基因、有机阴离子转运蛋白基因和HSP70基因，在调节基因表达和应对环境胁迫中起着重要的作用。基于表观基因组研究结果表明，生物入侵中不同环境的选择压力会驱动表观遗传分化可能参与局域适应，有助于解析生物入侵中局域适应的表观遗传分子机制。 4.玻璃海鞘温度和盐度适应的关键基因表观遗传分化 利用亚硫酸氢盐直接测序比较五个关键基因在四个不同海鞘群体响应温度和盐度胁迫中的表观遗传变异模式。结果表明DNA甲基化主要发生在基因的编码区而非启动子区域，这些区域具有较低CpG O/E值(＜0.8)。显著差异的DNA甲基化变异位点位于两个关键基因（HSP90和NKCC基因）编码区。更重要的是，在这两个区域我们发现DNA甲基化水平和环境因子（温度和盐度）之间的相关性。基于CpG甲基化数据进行PCA分析时，所有个体被聚集回原来采样群体中。这些结果表明，环境胁迫可能驱动这些关键基因表观遗传分化，这些表观变异分化反过来可能通过单独位点或基因互作网络在生物入侵中参与局域适应并促进入侵成功。 局域适应作为解释成功入侵的重要机制之一，是自然选择作用于遗传与表观遗传变异的结果。本研究利用亚硫酸氢盐测序对模式入侵生物玻璃海鞘不同群体进行基因组与表观基因组扫描，初步探究揭示了参与局域适应的遗传与表观遗传分子基础。为生物入侵过程中适应性进化提供理论依据，有助于解析生物入侵中局域适应的遗传和表观遗传分子机理。