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浙大對熊貓的最新研究顯示,亞種間差異除了一個像熊一個像貓,還有這些……

發布時間:2021-02-25來源:浙大新聞辦作者:柯溢能0

近日,浙江大學聯合深圳華大生命科學研究院、中國大熊貓保護研究中心等單位,發布大熊貓高質量基因組研究成果,首次揭示熊貓秦嶺亞種基因組,并結合群體數據對大熊貓獨特的生物學特征進行了分析,相關成果將為熊貓的繁育、管理和保護工程起到積極作用。

這一成果發布在知名期刊《科學通報》(Science Bulletin)上,論文的第一作者為浙江大學生命科學學院博士研究生光宣敏,通訊作者為浙江大學生命科學學院方盛國教授和深圳華大生命科學研究院劉歡研究員等。

解密熊貓亞種分化時間

熊貓兩個亞種兄弟已有一萬年未曾謀面

談起大熊貓,想到它們的故鄉在四川。其實早在2005年,方盛國便對大熊貓進行了分類研究,在已有的四川亞種基礎上,首次科學提出并命名了大熊貓的秦嶺亞種。

這兩個亞種分布在四川、陜西和甘肅三省交界的高山峽谷地區。直觀地看,四川亞種頭大嘴尖,長得像熊。秦嶺亞種頭圓嘴短,長得像貓。

除此之外,這次運用的第三代基因組測序技術,較過去得到了更加清晰的基因像素圖片?!斑@次基因組片段的連續性提高了200倍,讓熊貓的基因組成細節更加清楚?!狈绞榻B。

在歷時3年多的研究中,團隊通過對遺傳變異等的綜合評估研究,明確界定了兩個熊貓亞種開始分化的時間,是距今1萬到1.2萬年前。也就是說大熊貓的兩個亞種兄弟,已有1萬余年未曾謀面。

誕生于800萬年前的熊貓,經歷了地球的滄桑巨變。在距今2.4萬年到1萬年前的兩次大冰川中,北方的熊貓滅絕,只留下了秦嶺中部的一個小種群和四川相嶺的一個小種群??蒲腥藛T對四川亞種和秦嶺亞種的基因組分析發現,此次分化后的秦嶺亞種熊貓,就再也沒有跨出黃河流域,在遺傳變異方面顯得非常保守,近萬年來沒有大的變化。而四川亞種,其遺傳變異性就相對較大,遺傳多樣性較為豐富,更加適應野外生存。

對熊貓分化的尋根問祖,既有助于清晰了解熊貓家族的發展歷程,又可為生物地理和氣候變化等領域的研究提供重要的借鑒參考?!狈绞榻B,秦嶺亞種是大熊貓這個古老物種的祖脈,是當代大熊貓的原始種群。

內臟器官適應性變小

更加憨態可掬

大熊貓走路不緊不慢、常常坐地吃竹子,形象憨態可掬。其實,這也是長期適應性進化的結果——最大限度地降低身體的能量代謝消耗。

熊貓原本是肉食動物,后來變成了以竹子為食。為了應對食性的巨大改變,熊貓進化出了相對較小的內臟器官,以適應減少新陳代謝。本次研究中,科研人員在基因分析中找到了進化的奧秘。他們發現大熊貓Hippo通路上基因快速進化,一些調控元件上存在特異性突變。

Hippo通路調節器官大小。A大熊貓中相對較小的內臟器官(肝、腎、腦);b熊貓Hippo通路上快速進化的基因以及CNE元件

有著近30年熊貓研究經歷的方盛國介紹,竹子的營養畢竟是有限的,因此人們常??吹酱笮茇埿枰粩嗟某灾褡?,才能補充養分,通常每天有14個小時以上的時間在啃食竹子。

這項研究的難度不在于對數據的宏觀分析,而是在于通過長久的研究不斷積累、發現科學問題,進而靶向到基因找到問題癥結。

繁殖關鍵基因存在丟失

為精準保護提供新思路

影響一個物種能否長期生存,關鍵因素是生殖能力與免疫能力。在對大量的數據研究中,研究團隊通過比較基因組學的分析發現,大熊貓生殖系統中的關鍵基因存在丟失。

兩個亞種大熊貓基因組上的DACH2基因調控元件特異性丟失,并在SYT6基因發現特異性位點突變。已有的研究證明前者與生殖系統中米勒管的發育有關,突變會引起卵巢早衰并影響繁育。而后者則與精子的形成緊密相關??蒲腥藛T認為,這些變化可能是大熊貓繁殖力比其他哺乳動物低的重要原因之一。

大熊貓的DACH2基因的調控元件丟失情況示意圖

通過對四川和秦嶺兩個亞種的對比發現,四川亞種在影響受精的IQCD基因上受到強烈的正選擇作用,由此可知四川亞種的繁殖力比秦嶺亞種高。

如何讓大熊貓更好繁衍?方盛國認為此項研究結果,提示大家需要在人工飼養繁殖和野外就地保護繁育兩個方面開展精準的遺傳管理工作。

方盛國建議要加快同一亞種內大熊貓破碎化小種群之間的基因交流,這有助于減少近親繁殖和遺傳衰退問題?!坝捎谇貛X亞種棲息地受到人類活動的影響,變得四分五裂?!彼J為,要恢復它們的棲息地,加快秦嶺山系內部小種群之間的交流。

但同時必須看到,在加強棲息地保護時,要阻斷兩個亞種的接觸?!俺鞘堑搅藰O端的保種情況,兩個亞種間就應盡量避免交配繁殖,否則產生的子代個體的繁殖力可能會被削弱,這對四川亞種種群來說是極為不利的?!狈绞硎?,對瀕危動物的保護最終目的還是要讓它們適應野外生存。如果不注重基因的保護,人為打亂原有的野外種群關系,可能會因遺傳多樣性的喪失而使物種走向衰退。

該研究受到國家科技部重點研發項目、浙江大學高峰學科項目等資助。

論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321001158

(柯溢能)

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