寒冷适应问题一直是生物学家研究的热点问题,近年来伴随着组学的快速发展,寒冷适应背后的遗传机制研究更是成为进化生物学领域的研究热点。紫貂（Martes zibellina）,属食肉目鼬科貂属,栖息地的丧失和人类的大量捕杀使紫貂种群数量急剧下降,目前紫貂已被我国列为国家一级保护动物。紫貂的主要栖息地为亚寒带针叶林地域,所处生境气候寒冷,年平均气温低于零度,最低气温低于-30℃。生活在寒冷地区的物种会采取不同的适应策略来应对恶劣的外界环境,比如保温性的毛皮,加厚的脂肪层,有的动物更是会采取冬眠的策略来度过寒冷的冬季。目前关于寒冷适应的研究主要集中极地生境下的哺乳动物中,例如北极熊和北极狐等,另外冷驯化的应对机制在啮齿类动物中也进行了大量研究。紫貂体型较为纤瘦,脂肪含量较低且没有冬眠行为,这对其生活在寒冷地区都是极大的挑战,然而关于紫貂的寒冷适应遗传机制的研究还很缺乏。近些年来高通量测序技术飞速发展,从多组学水平研究不同物种或者不同群体之间的遗传差异,筛选物种适应性进化的关键候选基因也成为了一种常用的有效手段。本论文从基因组学、转录组学和群体基因组学等层面综合分析,筛选与紫貂寒冷适应性相关的受选择基因和差异表达基因,在基因水平和表达水平上挖掘与寒冷适应相关的候选基因和代谢途径,目的在于揭示紫貂寒冷适应性的潜在遗传机制。本文主要研究如下:（1）基于紫貂全基因组数据,对保温相关基因的适应性进化进行比较基因组学分析。哺乳动物的保温机制对揭示其寒冷环境适应的遗传机制具有重要意义。毛皮作为机体的第一层屏障,是生物与环境进行热量交换的主要介质,毛皮的绝缘性可以有效降低机体的热量损失;另外,皮肤血管的收缩也可以加强毛皮的绝缘性,大量减少与外界环境的热量传导。因此,探究紫貂保温相关基因的进化和表达水平是解决其寒冷适应特点的重要科学问题。通过GO数据库和KEGG数据库筛选参与毛囊发育和血管收缩相关的基因共计123个,基于紫貂和食肉目代表物种的全基因组数据,对各物种的保温相关基因进行序列筛选。通过PAML进行选择压力分析发现,ADORA2B基因在紫貂中受到了正选择作用,MAP2K2、FST和TP63基因在紫貂中经历了快速进化,我们推测这些基因的适应性进化有可能加强了紫貂的保温能力,更有利于在寒冷环境下保持体温。另外我们利用紫貂皮肤样本的转录组数据,分析各保温相关候选基因在不同季节的表达水平,结果发现其中有42个基因的表达水平存在显著的季节性差异,说明紫貂冬夏毛皮保温性能具有显著差异,利于满足不同季节的保温需求。（2）基于紫貂全基因组数据,对产热相关基因的适应性进化进行比较基因组学分析。哺乳动物产热能力是适应寒冷环境的关键,脂质代谢和糖代谢均伴随着热量的产生。脂肪组织对生物体不仅有重要的保温作用,同时也是能量代谢和机体产热的重要来源。糖代谢不仅可以提供生物各项生命活动所需的能量,同时可以产生热量维持机体核心体温。探究紫貂产热基因的进化对阐明其寒冷适应机制具有重要意义。为全面系统探究紫貂的产热能力,我们对通过KEGG数据库脂代谢、糖代谢相关以及产热通路筛选得到产热相关的候选基因共计238个,基于紫貂和其他食肉目物种的基因组数据,对各物种产热相关候选基因进行序列筛选。通过选择压力分析发现,PNLIP、ACSS2、ACACB、NDUFB4、ALDH9A1、GAPDHS、NDUFB1、NDUFA2和ACSL1共计9个候选基因在紫貂中经历了正选择作用,GOT2、IDH3G、NDUFB6、NDUFB1、ALDH2、PKM、ACSL6、NDUFA3、RPS6、RPS6KA1和ZNF516基因在紫貂中快速进化,说明上述基因在紫貂中发生了适应性进化,可能与紫貂寒冷环境下的增强的代谢产热能力相关。（3）利用转录组测序技术对紫貂冬季和夏季心脏、肝脏、脂肪和肌肉进行转录组测序,共获得31.14G的表达谱数据。通过差异表达分析,在心脏、肝脏、脂肪和肌肉组织中分别获得了798,3552,759和2535个季节性差异表达基因。通过对不同组织季节性差异表达基因进行GO富集分析发现,差异表达基因显著富集到葡萄糖代谢、脂质结合、蛋白质水解以及线粒体相关等GO条目中;通过KEGG富集发现,差异表达基因显著富集到碳代谢、脂肪酸代谢、糖酵解/糖异生和氧化磷酸化等代谢通路中。这可能与不同季节紫貂保持体温所需的能量需求有关,有利于寒冷环境下的能量供给。我们揭示了各代谢组织在紫貂寒冷适应过程中的调控模式,从表达水平鉴定了紫貂寒冷适应相关的候选基因和信号通路。（4）通过对来自俄罗斯、蒙古和中国的紫貂种群共计20只个体进行全基因组重测序,各样品均获得23Gb以上的高质量数据,共计鉴定出20869315个SNP位点。基于SNP数据对不同种群的系统发生关系、遗传结构、遗传多样性和受选择作用进行探究。结果发现俄罗斯和中国紫貂种群存在一定的遗传距离,但遗传多样性差异并不明显。通过选择消除分析,对俄罗斯紫貂种群的受选择区域进行鉴定,发现大量受选择基因区域。基于受选择区域候选基因进行GO和KEGG功能富集分析,结果发现候选基因在氧化还原酶活性、蛋白激酶C活性、脂质应答、蛋白质分解过程和蛋白质分泌调节等代谢相关的生物学过程中显著富集。我们推测这可能与俄罗斯紫貂种群面临的酷寒环境有关,蛋白代谢产热有可能作为其寒冷适应的一种常用策略。本研究通过对紫貂保温和产热相关候选基因的进化分析、四个代谢组织冬夏季基因表达水平差异、和不同紫貂种群环境适应差异的分子机制探究,从基因水平和表达水平揭示了紫貂寒冷适应的遗传机制。