Mol Ecol Resour发表华南虎高质量基因组图谱,助力遗传拯救

2022-12-13 779CNGBdb

2022年6月,华大生命科学研究院联合东北林业大学共同构建了染色体级别的华南虎、东北虎基因组序列图谱,填补了其基因组信息的空白,为全面了解华南虎遗传衰退及该物种的遗传拯救提供了更翔实的科学依据。成果以封面文章形式发表于《分子生态资源》。

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国际保护遗传学家Anubhab Khan专门对该研究发表了评述,认为这是迄今为止最高质量的虎参考基因组之一,而高质量东北虎和华南虎基因组以及相关的群体基因组学分析对未来虎的相关研究具有重要意义。并称 2022年是中国虎年,高质量虎基因组的发表是对虎年最好的庆祝方式。

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深圳国家基因库数字化平台为该文章的样本提供了测序数据产出,此项研究的组装数据和重测序数据均已存储于国家基因库生命大数据平台(CNGBdb),项目编号分别为:CNP0001654CNP0001906

顶级掠食者缘何走向野外灭绝?

华南虎是我国特有的亚种,也曾是分布范围最广、数量最多的老虎。其栖息地覆盖大半个中国,常出没于山脊、灌木丛、密林等环境中,是典型的山地林栖动物。

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上世纪50年代,我国进入开荒高峰期,大规模的荒地和森林变成了农田,导致老虎的生存空间变小。由于缺乏食物,它们频繁地出现在人类的生活区域觅食,咬人、叼牲口,严重威胁了人们的生产生活,所以各地发动了“打虎除害”运动。

此后,华南虎野外种群数量开始急剧减少,到了70年代,尽管“害兽”身份得以平反,但华南虎已进入濒危状态。90年代末,华南虎被宣布在野外功能性灭绝,成为中国最濒危的物种之一。

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“野外灭绝”是指某物种所有野生个体已经消失,但在人工饲养的环境下还存在。根据世界自然保护联盟(IUCN)划分的等级标准,可分为9级:灭绝、野外灭绝、极危、濒危、易危、近危、无危、数据缺乏和未评估。“灭绝”代表该物种的所有活体在地球上消失了,在自然状态下再也无法恢复。

近亲繁殖对种群的广泛影响

我国自1955年开始圈养华南虎,从野外共捕获华南虎18只(6雄12雌),其中有繁殖记录的仅为6只。所以,目前中国现存两百多只圈养的华南虎均为这6只野生华南虎的后代。

虽然目前圈养的华南虎在种群数量、年龄结构和性别比例上总体情况较好,但由于建群者数量过少,近亲繁殖无法避免,从而导致了种群严重的近交衰退。

近交衰退是指近亲繁殖导致的后代减少、弱小或不育的现象。这是因为两个有血亲关系的动物可能会从共同祖先那里继承一种或多种相同的基因,由于病态的突变基因大多数为隐性,当处于杂合状态时,这些基因可被显性的杂合子等位基因所掩盖,不会表现出不利性状。而近亲繁殖增加了有害隐性等位基因结合的机会,其后代变为纯合子发病的概率显著提升。

高度的近亲繁殖,使得华南虎新生幼崽夭折率高,且还多发不孕不育等各类遗传症。

为了追踪华南虎近亲繁殖历史并探索可行的遗传拯救策略,研究团队对华南虎和东北虎的高质量基因组进行了系统比较,并对每个亚种进行了小规模重测序。通过基因组学分析,发现在7000年前东北虎与华南虎分化之后,华南虎有效群体就开始经历持续下降,圈养以后的几十年时间也发生了一次明显种群下降。

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进一步研究在华南虎基因组中发现大量长而连续的基因组纯和片段(ROH),提示了近交在华南虎种群中普遍存在并产生了广泛影响。

有趣的是,虽然华南虎整个基因组的突变负荷要明显高于东北虎,但在长的纯合片段区域的突变负荷,华南虎却低于东北虎。这暗示在华南虎在近交过程中,夭折、不孕不育等情况阻止了有害突变传递到下一代,客观上起到净化作用。

此外,研究还发现了170个华南虎特有的突变分布在繁殖、生长和发育相关的基因中。考虑到华南虎本身的低繁殖率,这些位点对于华南虎的保育极其重要。未来或许可以设计一些单核苷酸位点芯片用于圈养种群,避免这些位点的繁殖传代。

上述发现为了解以虎为代表的大型猫科动物的近交衰退机制提供了丰富的线索和参考基因组。同时,为制定有效可行的华南虎遗传拯救策略提供了强大的科学证据和支撑。

本研究由东北林业大学徐艳春教授团队和深圳华大生命科学研究院兰天明副研究员团队共同完成。

参考文献:Zhang L, Lan T, Lin C, et al. Chromosome‐scale genomes reveal genomic consequences of inbreeding in the South China tiger: A comparative study with the Amur tiger[J]. Molecular Ecology Resources, 2022.信息及图片来源:”华大集团BGI“公众号

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