多岛海狮(Zalophus japonicus)基因组揭示其灭绝前的进化轨迹与遗传多样性

本研究通过测序已灭绝的多岛海狮（Zalophus japonicus）骨骼样本的全基因组，解决了该物种起源、物种形成和遗传多样性等长期悬而未决的问题。研究人员利用古基因组学技术，揭示了多岛海狮是海狮属(Zalophus)中最早分化的物种，并发现其进化过程中存在与其它鳍足类物种的基因交流。研究还表明，尽管多岛海狮在灭绝前种群数量急剧下降，但仍保持了较高的杂合度。该研究为理解海洋哺乳动物灭绝过程提供了重要基因组学证据，对现存鳍足类动物的保护具有指导意义。

　　

在西北太平洋海域，曾经生活着一种独特的海洋哺乳动物——多岛海狮(Zalophus japonicus)，也被称为日本海狮或韩国人熟知的"Gangchi"。这种海狮是海狮属(Zalophus)三个物种之一，与加利福尼亚海狮(Z. californianus)和加拉帕戈斯海狮(Z. wollebaeki)共同构成了这一属的多样性。然而，由于过度捕猎和栖息地破坏，多岛海狮在20世纪50年代被宣布灭绝，成为人类活动导致生物多样性丧失的又一个悲剧案例。

尽管多岛海狮已经灭绝，但关于它的进化历史、遗传特征以及灭绝原因等问题仍然悬而未决。由于缺乏完整的化石记录和基因组数据，科学家们对多岛海狮的分类地位、进化关系以及灭绝前的遗传健康状况知之甚少。这些问题不仅阻碍了我们对这一物种的全面了解，也限制了我们从这一灭绝事件中吸取教训以保护现存濒危海洋哺乳动物的能力。

为了填补这一知识空白，来自韩国基因组研究基金会个人基因组研究所、国立渔业科学研究所鲸类研究中心等机构的研究人员开展了一项开创性的研究。他们从韩国郁陵岛和独岛发掘的16块多岛海狮骨骼碎片中提取DNA，利用高通量测序技术获得了全基因组数据。通过比较基因组学分析，研究人员揭示了多岛海狮的进化历史、遗传多样性以及与其它鳍足类动物的基因交流情况。这项研究成果发表在《BMC Biology》杂志上，为理解这一已灭绝物种的生物学特征提供了宝贵资料。

研究人员采用了多项关键技术开展这项研究。首先从骨骼样本中提取古DNA，使用KAPA和Accel NGS建库试剂盒构建测序文库，在Illumina NovaSeq 6000和NextSeq 500平台上进行高通量测序。生物信息学分析采用PALEOMIX流程，将测序数据比对到加利福尼亚海狮参考基因组。利用ADMIXTOOLS软件进行群体遗传学分析，包括f3和f4统计量计算以及qpGraph建模。线粒体基因组组装使用NOVOPlasty，系统发育分析采用最大似然法。杂合度分析则使用ROHan软件进行。

结果

Dokdo sea lion samples and genomic data

研究人员成功从16块骨骼样本中获得了基因组数据，平均覆盖深度为1.55x。尽管样本年代较近，DNA损伤程度较低，但仍表现出典型的古DNA特征。与其它鳍足类物种相比，多岛海狮的基因组覆盖了83.35%的Steller海狮(E. jubatus)参考基因组和90.83%的蛋白编码基因。

Congeneric Zalophus speciation involved introgression

群体遗传分析显示，多岛海狮与同属的加利福尼亚海狮和加拉帕戈斯海狮存在显著遗传差异。f4统计量分析表明，后两种海狮与Steller海狮存在基因交流，而多岛海狮则没有。然而，f3统计量却揭示多岛海狮基因组中含有来自北海狮(C. ursinus)和Steller海狮的遗传成分，表明其进化过程中存在复杂的基因流动事件。

Complex introgressive speciation of Zalophus species explains their phylogenetic ambiguities

系统发育分析基于68,383,858个单核苷酸多态性(SNP)，证实多岛海狮是海狮属中最早分化的物种。线粒体DNA分析发现样本中存在三种单倍型，其中Z3样本的遗传距离与其它多岛海狮样本差异显著，暗示可能存在不同的母系谱系。全基因组SNP和线粒体DNA系统发育树都支持将鳍足类分为两支：北太平洋支(包括海狮属和Steller海狮)和南半球支。

Heterozygosity of extinct Dokdo sea lion

引人注目的是，尽管多岛海狮已经灭绝，但其基因组杂合度(θ=0.00267)高于现存的海狮属物种和其它一些濒危海洋哺乳动物。这一发现表明，多岛海狮在灭绝前仍保持着相对较高的遗传多样性，其灭绝可能更多是由于人类活动而非遗传因素导致。

讨论与结论

这项研究首次对已灭绝的多岛海狮进行了全基因组分析，揭示了其独特的进化历史和遗传特征。研究结果表明，多岛海狮是海狮属中最早分化的物种，其进化过程中经历了复杂的基因流动事件，特别是与北海狮和Steller海狮的基因交流。这些发现重新定义了海狮属内部的系统发育关系，为理解鳍足类动物的进化提供了新视角。

特别值得注意的是，尽管多岛海狮在灭绝前经历了种群数量急剧下降，但其基因组仍保持了较高的杂合度。这一现象与另一种因人类活动而灭绝的海洋哺乳动物——Steller海牛(Hydrodamalis gigas)相似，表明这些物种的灭绝更多是由于人类过度捕猎而非遗传多样性丧失。研究结果强调，即使遗传健康状况良好的物种，也可能在人类活动的压力下迅速走向灭绝，这对当前濒危物种的保护工作具有重要启示意义。

这项研究也存在一些局限性，如样本覆盖深度较低、无法准确确定基因流动的时间等。未来的研究可以通过获取更高覆盖度的基因组数据、开发针对性的古DNA捕获技术，以及与更多现存和灭绝鳍足类物种的比较分析，来进一步阐明多岛海狮的进化历史和灭绝原因。

总的来说，这项研究不仅填补了我们对已灭绝多岛海狮的认识空白，也为理解人类活动对海洋哺乳动物种群的影响提供了重要案例。研究展示的古基因组学方法为探索其它已灭绝物种的生物学特征提供了有力工具，其发现对制定濒危海洋哺乳动物保护策略具有指导意义。随着基因组学技术的不断发展，我们有望从这些已消失的生命中获得更多启示，为保护地球生物多样性做出更明智的决策。