揭开梅花鹿种群基因组奥秘：新物种划分、进化印记与驯化遗传密码

为解决梅花鹿种群基因组分析中诸如种内分类、进化历史和适应性进化等基础问题，研究人员开展了梅花鹿种群基因组学研究。通过对多个地理种群梅花鹿基因组重测序，揭示了大陆和日本梅花鹿为不同物种，还发现了与体型、鹿角重量相关的候选基因，为梅花鹿遗传研究和育种提供了重要依据。

　　梅花鹿，这种活跃在东亚山林间的美丽生灵，自古以来就与人类生活紧密相连。它们不仅是生态系统的重要组成部分，还因其鹿茸等具有极高的经济和药用价值，在东亚地区被广泛养殖。然而，长期以来，关于梅花鹿的诸多谜题一直困扰着科学界。从分类学角度看，基于形态特征划分的 13 个梅花鹿亚种，其准确性和科学性有待基因组层面的验证；在进化历程方面，梅花鹿的起源、扩散以及各种群间的遗传关系模糊不清；此外，梅花鹿体型差异的遗传机制，以及驯化过程中鹿角重量变化的分子基础等问题，都亟待解决。这些未知不仅限制了对梅花鹿生物学特性的深入理解，也给梅花鹿的保护和合理利用带来挑战。

为了揭开这些谜团，中国农业科学院特产研究所（State Key Laboratory for Molecular Biology of Special Economic Animals, Institute of Special Animal and Plant Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences）的研究人员联合多方力量，开展了一项深入的梅花鹿种群基因组学研究。该研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上，为我们认识梅花鹿的遗传奥秘打开了新的窗口。

研究人员在此次研究中，运用了多种关键技术方法。首先是样本采集与基因组测序，他们从中国、俄罗斯和日本的 10 个主要地理种群及 2 个养殖场，采集了 81 只野生和 71 只驯化梅花鹿的血液、耳朵、鹿角或皮肤样本 。接着对样本 DNA 进行提取和质量评估后，构建 DNA 文库并利用 Illumina NovaSeq 6000 平台进行测序。其次，通过一系列生物信息学分析方法，如使用 fastp 软件过滤测序数据、BWA - mem 软件进行序列比对、GATK 工具进行 SNP（单核苷酸多态性，Single Nucleotide Polymorphism）和 InDel（插入缺失，Insertion - Deletion）变异检测等，对测序数据进行深入分析。此外，还运用了多种群体遗传学分析工具，像 TreeBeST、ADMIXTURE、PLINK 等，来探究梅花鹿的种群遗传结构和进化关系。

研究结果主要从以下几个方面展开：

1. 全基因组测序与遗传变异：对 152 只梅花鹿进行全基因组重测序，共产生 13.22 Tb 高质量 Illumina 清洁读数，平均基因组深度为 26.7×。检测到大量遗传变异，包括 31,320,151 个 SNP、2,034,186 个 InDel、132,644 个结构变异（SV，Structural Variation）和 48,570 个拷贝数变异（CNV，Copy Number Variation）。同时发现非重组性染色体的核苷酸多样性高于常染色体。
2. 两种系统发育物种的基因组证据：基于常染色体 SNP 进行系统发育树构建、种群结构分析和主成分分析（PCA，Principal Component Analysis），结果显示梅花鹿存在大陆和日本两个遗传差异显著的谱系。线粒体和 Y 染色体分析进一步证实了这一结论，且贝叶斯物种界定分析表明这两个谱系属于不同物种。
3. 种群遗传多样性：大陆和日本谱系之间的遗传分化统计量（F_ST）较高，日本谱系的核苷酸多样性（θπ）较低，遗传多样性水平与受威胁的偶蹄目动物扭角羚相当，且日本谱系的连锁不平衡（LD，Linkage Disequilibrium）程度较高、近交系数也更高。
4. 种群历史：通过 PSMC（pairwise sequential Markovian coalescent）模型和 MSMC（multiple sequentially Markovian coalescent）方法推断，大陆和日本谱系在约 0.60 Ma 发生分化，这一时间与纳尼奈雄拉冰期（Naynayxungla Glaciation）重合。同时，还检测到中国南方种群向日本种群的基因流，以及日本群岛内种群间存在复杂的基因流模式。
5. 与体型差异相关的基因组选择特征：选取日本谱系内两对种群（YAK vs NK + SM、TS vs NK）进行选择扫描分析，使用 F_ST、θπ、Tajima's D、XP - CLR 和 XP - EHH 五种方法，鉴定出 12 个可能与体型调控相关的候选基因，其中 4 个（XKR4、NPAS3、CTNNA3 和 CNTNAP5）在已有研究中显示与体型调节有关。
6. 驯化梅花鹿的基因组选择特征：对野生和驯化梅花鹿进行比较，利用上述五种选择扫描方法，筛选出与驯化过程相关的候选基因。其中，NRP2 和 EDIL3 两个基因可能与鹿角重量这一重要经济性状相关，且在驯化种群中受到选择。

研究结论和讨论部分意义重大。研究明确了梅花鹿大陆和日本谱系属于不同的系统发育物种，其分化时间与重要地质事件相关，这为梅花鹿的分类学研究提供了基因组层面的有力证据。日本梅花鹿经历的 “分化 - 混合 - 隔离” 进化场景，丰富了人们对其种群进化动态的认识。此外，研究识别出的与体型调控和鹿角重量相关的候选基因，为深入理解梅花鹿的生物学特性提供了关键线索，也为梅花鹿的遗传研究和基因组辅助育种奠定了基础，有助于进一步提高驯化梅花鹿的经济性状，推动梅花鹿产业的可持续发展。总之，该研究成果为梅花鹿的保护、利用和遗传改良提供了重要的理论依据和数据支持。