中國(guó)科學(xué)家首次揭秘熊貓秦嶺亞種基因組

日前，浙江大學(xué)聯(lián)合深圳華大生命科學(xué)研究院、中國(guó)大熊貓保護(hù)研究中心等單位，發(fā)布大熊貓高質(zhì)量基因組研究成果，首次揭示熊貓秦嶺亞種基因組，并結(jié)合群體數(shù)據(jù)對(duì)大熊貓獨(dú)特的生物學(xué)特征進(jìn)行了分析，相關(guān)成果將為熊貓的繁育、管理和保護(hù)工程起到積極作用。

科研人員通過(guò)對(duì)四川和秦嶺兩個(gè)亞種的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，四川亞種在影響受精的IQCD基因上受到強(qiáng)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？論文通訊作者浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授方盛國(guó)認(rèn)為此項(xiàng)研究結(jié)果，提示大家需要在人工飼養(yǎng)繁殖和野外就地保護(hù)繁育兩個(gè)方面開(kāi)展精準(zhǔn)的遺傳管理工作。

方盛國(guó)建議，要加快同一亞種內(nèi)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(wèn)題。“由于秦嶺亞種棲息地受到人類(lèi)活動(dòng)的影響，變得四分五裂。”他認(rèn)為，要恢復(fù)它們的棲息地，加快秦嶺山系內(nèi)部小種群之間的交流。

但同時(shí)必須看到，在加強(qiáng)棲息地保護(hù)時(shí)，要阻斷兩個(gè)亞種的接觸。“除非是到了極端的保種情況，兩個(gè)亞種間就應(yīng)盡量避免交配繁殖，否則產(chǎn)生的子代個(gè)體的繁殖力可能會(huì)被削弱，這對(duì)四川亞種種群來(lái)說(shuō)是極為不利的。”方盛國(guó)表示，對(duì)瀕危動(dòng)物的保護(hù)最終目的還是要讓它們適應(yīng)野外生存。如果不注重基因的保護(hù)，人為打亂原有的野外種群關(guān)系，可能會(huì)因遺傳多樣性的喪失而使物種走向衰退。

早在2005年，方盛國(guó)便對(duì)大熊貓進(jìn)行了分類(lèi)研究，在已有的四川亞種基礎(chǔ)上，首次科學(xué)提出并命名了大熊貓的秦嶺亞種。

這兩個(gè)亞種分布在四川、陜西和甘肅三省交界的高山峽谷地區(qū)。除此之外，這次運(yùn)用的第三代基因組測(cè)序技術(shù)，較過(guò)去得到了更加清晰的基因像素圖片。“這次基因組片段的連續(xù)性提高了200倍，讓熊貓的基因組成細(xì)節(jié)更加清楚。”方盛國(guó)介紹。

在歷時(shí)3年多的研究中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)遺傳變異等的綜合評(píng)估研究，明確界定了兩個(gè)熊貓亞種開(kāi)始分化的時(shí)間，是距今1.2萬(wàn)到1萬(wàn)年前。也就是說(shuō)大熊貓的兩個(gè)亞種兄弟，已有1萬(wàn)余年未曾謀面。

誕生于800萬(wàn)年前的熊貓，經(jīng)歷了地球的滄桑巨變。在距今2.4萬(wàn)到1萬(wàn)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(gè)小種群和四川相嶺的一個(gè)小種群。科研人員對(duì)四川亞種和秦嶺亞種的基因組分析發(fā)現(xiàn)，此次分化后的秦嶺亞種熊貓，就再也沒(méi)有跨出黃河流域，在遺傳變異方面顯得非常保守，近萬(wàn)年來(lái)沒(méi)有大的變化。而四川亞種，其遺傳變異性就相對(duì)較大，遺傳多樣性較為豐富，更加適應(yīng)野外生存。

“對(duì)熊貓分化的尋根問(wèn)祖，既有助于清晰了解熊貓家族的發(fā)展歷程，又可為生物地理和氣候變化等領(lǐng)域的研究提供重要的借鑒參考。”方盛國(guó)介紹，秦嶺亞種是大熊貓這個(gè)古老物種的祖脈，是當(dāng)代大熊貓的原始種群。

科研人員在基因分析中找到了進(jìn)化的奧秘。他們發(fā)現(xiàn)大熊貓Hippo通路上基因快速進(jìn)化，一些調(diào)控元件上存在特異性突變。

竹子的營(yíng)養(yǎng)畢竟是有限的，因此人們常常看到大熊貓需要不斷地吃竹子，才能補(bǔ)充養(yǎng)分。通常大熊貓每天有14個(gè)小時(shí)以上的時(shí)間在啃食竹子。

“這項(xiàng)研究的難度不在于對(duì)數(shù)據(jù)的宏觀分析，而是在于通過(guò)長(zhǎng)久的研究不斷積累、發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題，進(jìn)而靶向到基因找到問(wèn)題癥結(jié)。”有著近30年熊貓研究經(jīng)歷的方盛國(guó)介紹說(shuō)。

影響一個(gè)物種能否長(zhǎng)期生存，關(guān)鍵因素是生殖能力與免疫能力。在對(duì)大量的數(shù)據(jù)研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)比較基因組學(xué)的分析發(fā)現(xiàn)，大熊貓生殖系統(tǒng)中的關(guān)鍵基因存在丟失。

兩個(gè)亞種大熊貓基因組上的DACH2基因調(diào)控元件特異性丟失，并在SYT6基因發(fā)現(xiàn)特異性位點(diǎn)突變。已有的研究證明前者與生殖系統(tǒng)中米勒管的發(fā)育有關(guān)，突變會(huì)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(guān)。科研人員認(rèn)為，這些變化可能是大熊貓繁殖力比其他哺乳動(dòng)物低的重要原因之一。