基因组洞察与圈养繁殖的保护潜力:扬子鳄的案例研究

【字体: 时间:2025年04月03日 来源:SCIENCE ADVANCES 11.7

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  为解决濒危物种扬子鳄基因组相关问题及制定保护策略,研究人员开展了对扬子鳄基因组的研究。通过对 244 个个体测序分析,发现圈养种群杂合度更高、近交系数更低等结果。该研究为扬子鳄的保护和育种提供了重要的基因组资源。

  扬子鳄,作为我国特有的珍稀物种,曾一度在灭绝边缘挣扎。栖息地的破坏、人类活动的干扰,让它们的生存空间不断压缩,种群数量急剧减少。在这样严峻的形势下,对扬子鳄进行科学有效的保护迫在眉睫。然而,长期以来,人们对扬子鳄基因组层面的了解极为有限,这严重制约了保护工作的深入开展。比如,不清楚其基因组多样性、近交情况以及遗传负荷等关键信息,就难以制定精准的保护策略。为了打破这一困境,深入探究扬子鳄的遗传奥秘,安徽师范大学等研究机构的研究人员开展了一系列研究。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上,为扬子鳄的保护工作带来了新的曙光。
研究人员运用了多种关键技术方法。在样本采集方面,从安徽扬子鳄国家级自然保护区(ACANNR)等地选取了不同来源的个体,包括野生和圈养个体。在测序技术上,使用牛津纳米孔 PromethION 平台、Illumina NovaSeq 6000 平台等进行 DNA 和 RNA 测序。通过 Canu、wtdbg2 等软件对测序数据进行处理和分析,从而深入研究扬子鳄的基因组特征、种群结构、亲缘关系等。

研究结果如下:

  1. 染色体级别的基因组组装:通过 k -mer 统计估计扬子鳄基因组大小约为 2.40 Gb,利用纳米孔长读长、Illumina 短读长和 Hi - C 数据进行组装,最终获得了 2.26 Gb 的高质量染色体级基因组组装。该组装的 scaffold N50 长度为 154.26 Mb,且召回了大量保守核心基因,为后续研究提供了坚实的基因组基础。
  2. 野生和圈养种群的遗传多样性差异:对 244 个个体进行基因组测序,发现圈养种群的平均全基因组杂合度(H)为 1.90×10?4±1.78×10?5,显著高于野生个体(1.20×10?4)。这表明人工繁殖增加了扬子鳄的杂合度,有利于其适应性生存。
  3. 种群结构:主成分分析(PCA)等方法显示,野生个体与圈养种群在遗传上存在明显差异。野生个体间的遗传分化高于目前的圈养种群,不同来源的野生个体也具有不同的遗传背景。
  4. 种群内个体的亲缘关系分析:通过相关软件对不同深度测序个体进行亲缘关系推断,发现圈养种群中存在较高比例的近亲关系,但也有部分个体间亲缘关系较远,可用于育种。
  5. 野生和圈养种群的近交历史:通过识别 ROH 计算近交系数,发现野生个体的近交系数高于圈养种群。圈养种群由于种群规模较大、交配随机性强,近交水平较低。
  6. 扬子鳄的种群历史:利用 MSMC 等方法推断,扬子鳄种群经历了长期的下降,近期有效种群数量较小。不过,近年来在有效的保护措施下,野生扬子鳄种群数量呈现出增长的趋势。

研究结论和讨论部分指出,扬子鳄种群的遗传多样性较低,野生种群受人类活动影响,面临着较高的近交风险,其管理状态需要重新评估。圈养种群相对较高的杂合度和较低的近交水平,为种群恢复带来了希望。未来的保护工作应着重促进野生种群的恢复,通过建立栖息地走廊等方式增加种群间的基因流动。同时,利用亲缘关系推断等先进遗传技术进行严格的育种管理,对于维持扬子鳄种群的遗传多样性至关重要。该研究为扬子鳄的保护和育种提供了全面而深入的基因组学依据,对保护这一濒危物种具有重要的指导意义,也为其他濒危物种的保护研究提供了宝贵的借鉴。
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