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浙大对熊猫的最新研究显示,亚种间差异除了一个像熊一个像猫,还有这些……

发布时间:2021-02-25来源:浙大新闻办作者:柯溢能0

近日,浙江大学联合深圳华大生命科学研究院、中国大熊猫保护研究中心等单位,发布大熊猫高质量基因组研究成果,首次揭示熊猫秦岭亚种基因组,并结合群体数据对大熊猫独特的生物学特征进行了分析,相关成果将为熊猫的繁育、管理和保护工程起到积极作用。

这一成果发布在知名期刊《科学通报》(Science Bulletin)上,论文的第一作者为浙江大学生命科学学院博士研究生光宣敏,通讯作者为浙江大学生命科学学院方盛国教授和深圳华大生命科学研究院刘欢研究员等。

解密熊猫亚种分化时间

熊猫两个亚种兄弟已有一万年未曾谋面

谈起大熊猫,想到它们的故乡在四川。其实早在2005年,方盛国便对大熊猫进行了分类研究,在已有的四川亚种基础上,首次科学提出并命名了大熊猫的秦岭亚种。

这两个亚种分布在四川、陕西和甘肃三省交界的高山峡谷地区。直观地看,四川亚种头大嘴尖,长得像熊。秦岭亚种头圆嘴短,长得像猫。

除此之外,这次运用的第三代基因组测序技术,较过去得到了更加清晰的基因像素图片。“这次基因组片段的连续性提高了200倍,让熊猫的基因组成细节更加清楚。”方盛国介绍。

在历时3年多的研究中,团队通过对遗传变异等的综合评估研究,明确界定了两个熊猫亚种开始分化的时间,是距今1万到1.2万年前。也就是说大熊猫的两个亚种兄弟,已有1万余年未曾谋面。

诞生于800万年前的熊猫,经历了地球的沧桑巨变。在距今2.4万年到1万年前的两次大冰川中,北方的熊猫灭绝,只留下了秦岭中部的一个小种群和四川相岭的一个小种群。科研人员对四川亚种和秦岭亚种的基因组分析发现,此次分化后的秦岭亚种熊猫,就再也没有跨出黄河流域,在遗传变异方面显得非常保守,近万年来没有大的变化。而四川亚种,其遗传变异性就相对较大,遗传多样性较为丰富,更加适应野外生存。

对熊猫分化的寻根问祖,既有助于清晰了解熊猫家族的发展历程,又可为生物地理和气候变化等领域的研究提供重要的借鉴参考。”方盛国介绍,秦岭亚种是大熊猫这个古老物种的祖脉,是当代大熊猫的原始种群。

内脏器官适应性变小

更加憨态可掬

大熊猫走路不紧不慢、常常坐地吃竹子,形象憨态可掬。其实,这也是长期适应性进化的结果——最大限度地降低身体的能量代谢消耗。

熊猫原本是肉食动物,后来变成了以竹子为食。为了应对食性的巨大改变,熊猫进化出了相对较小的内脏器官,以适应减少新陈代谢。本次研究中,科研人员在基因分析中找到了进化的奥秘。他们发现大熊猫Hippo通路上基因快速进化,一些调控元件上存在特异性突变。

Hippo通路调节器官大小。A大熊猫中相对较小的内脏器官(肝、肾、脑);b熊猫Hippo通路上快速进化的基因以及CNE元件

有着近30年熊猫研究经历的方盛国介绍,竹子的营养毕竟是有限的,因此人们常常看到大熊猫需要不断的吃竹子,才能补充养分,通常每天有14个小时以上的时间在啃食竹子。

这项研究的难度不在于对数据的宏观分析,而是在于通过长久的研究不断积累、发现科学问题,进而靶向到基因找到问题症结。

繁殖关键基因存在丢失

为精准保护提供新思路

影响一个物种能否长期生存,关键因素是生殖能力与免疫能力。在对大量的数据研究中,研究团队通过比较基因组学的分析发现,大熊猫生殖系统中的关键基因存在丢失。

两个亚种大熊猫基因组上的DACH2基因调控元件特异性丢失,并在SYT6基因发现特异性位点突变。已有的研究证明前者与生殖系统中米勒管的发育有关,突变会引起卵巢早衰并影响繁育。而后者则与精子的形成紧密相关。科研人员认为,这些变化可能是大熊猫繁殖力比其他哺乳动物低的重要原因之一。

大熊猫的DACH2基因的调控元件丢失情况示意图

通过对四川和秦岭两个亚种的对比发现,四川亚种在影响受精的IQCD基因上受到强烈的正选择作用,由此可知四川亚种的繁殖力比秦岭亚种高。

如何让大熊猫更好繁衍?方盛国认为此项研究结果,提示大家需要在人工饲养繁殖和野外就地保护繁育两个方面开展精准的遗传管理工作。

方盛国建议要加快同一亚种内大熊猫破碎化小种群之间的基因交流,这有助于减少近亲繁殖和遗传衰退问题。“由于秦岭亚种栖息地受到人类活动的影响,变得四分五裂。”他认为,要恢复它们的栖息地,加快秦岭山系内部小种群之间的交流。

但同时必须看到,在加强栖息地保护时,要阻断两个亚种的接触。“除非是到了极端的保种情况,两个亚种间就应尽量避免交配繁殖,否则产生的子代个体的繁殖力可能会被削弱,这对四川亚种种群来说是极为不利的。”方盛国表示,对濒危动物的保护最终目的还是要让它们适应野外生存。如果不注重基因的保护,人为打乱原有的野外种群关系,可能会因遗传多样性的丧失而使物种走向衰退。

该研究受到国家科技部重点研发项目、浙江大学高峰学科项目等资助。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321001158

(柯溢能)