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盛桂莲副教授研究成果在《Current Biology》上发表
发布时间: 2019-05-10 08:38:34   作者:  来源: 本站原创   浏览次数:

   

      (环境学院 张学海)2019年5月9日,我院盛桂莲副教授及国内外多家单位研究人员合作的研究成果“Paleogenome reveals genetic contribution of extinct giant panda to extant populations(古基因组揭示了灭绝大熊猫对现存种群的遗传贡献)”发表在生物学领域著名期刊《Current Biology》(IF=9.135)上。盛桂莲副教授为该论文的第一及通讯作者,德国波兹坦大学Axel Barlow博士为共同通讯作者。

       大熊猫是我们的国宝,也是外交宠儿,深受全球大众的喜爱,兼具极高的社会和生态价值。保护大熊猫和它们特定的栖息地,就保护了栖息地内成千上万的其他物种。现代野生大熊猫的栖息地,零星分布于我国四川、甘肃、陕西三省交界的青藏高原东部山区。然而,化石记录显示,大熊猫曾经广泛分布于北起我国周口店、南至华南大部乃至越南、缅甸的东南亚广阔区域。在大熊猫栖息地的缩减过程中,那些曾经在现生种群分布区域之外留下过生活足迹和化石记录的大熊猫古代种群,经历了怎样的种群迁移和绝灭过程?它们与现生大熊猫的祖先有无遗传信息的交换和传承?它们的消失,对于大熊猫的演化历史而言,带来的效应是否只是个体数目的减少(量变)、而非遗传多样性的降低(质变)?回答上述问题,不仅需要对现生大熊猫进行种群遗传学研究,而且需要对古代个体或种群的实时分子信息进行追踪。

       首例大熊猫古基因组,来自2005年发现于云南腾冲江东山一处天然竖井中的全新世大熊猫个体。放射性碳同位素测年结果显示该个体生存年代为距今5,025 ± 35年,是迄今发现的该地区最晚的大熊猫化石记录,其发现地与现生大熊猫栖息地相距千里之遥。

       在5000多年的保存过程中,该大熊猫个体的骨骼遗存中积存了大量微生物外源DNA。研究人员通过优化实验条件,用一定浓度的去污剂浸泡样品,提高了提取物中大熊猫内源古DNA的含量,从仅300 mg股骨骨粉中,运用古DNA实验方法和新一代测序技术,得到了1.2倍覆盖度的大熊猫全基因组。

       对该基因组的分析发现,该全新世样品代表一个不同于现生大熊猫、现已绝灭的大熊猫遗传谱系;该谱系与现生大熊猫共同祖先种群的分化,早于现生大熊猫三个不同地理种群(即:秦岭种群、岷山种群、邛崃-大相岭-小相岭-凉山种群)的形成。对全新世大熊猫与现生大熊猫种群是否存在遗传交流进行D-统计分析,结果表明云南腾冲江东山的大熊猫代表的古代种群在现生大熊猫的各祖先种群中留下了多少不一的基因成分。由此说明,在大熊猫物种演化过程中,伴随着其栖息地的退缩,其遗传多样性也有所丧失;通过与现生大熊猫祖先种群的基因交流,云南腾冲江东山的古代大熊猫绝灭谱系,部分基因得以在现生大熊猫基因库中幸存。

       近些年来,多个国内及国际组织对大熊猫及其栖息地制定并实施了一系列保护策略。鉴于大熊猫种群现状,世界自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature, IUCN)于2016年在其编制的濒危物种红色名录中,将大熊猫物种的保护级别从“濒危”变为“易危”。公众可能会因此产生错觉,认为对大熊猫及其栖息地的保护可以稍暇以怠。然而,对于物种保护而言,除了种群大小这一参数,物种的遗传多样性是影响其演化存亡的另一个关键因素。本研究通过对古代大熊猫全基因组的重建和分析,确定大熊猫在从古至今的演化过程中,受人类活动和气候变化的双重影响,丧失了特定的遗传谱系,付出过遗传多样性降低的代价。本研究提供的古代大熊猫实时分子数据,将为科学制定大熊猫保护方案提供科学依据和借鉴。另外,绝灭遗传谱系中通过种群杂交渗透到现生大熊猫基因库中的少量基因,可能有助于大熊猫在将来的演化过程中更好地适应不断变化的环境。

       这项研究是中国地质大学(武汉)古DNA研究组与德国波兹坦大学古DNA研究团队、云南省文物考古研究所古人类部等多方合作十余年来的最新研究成果。在此之前,各合作方曾就包含本研究样品在内的两个不同年代全新世大熊猫样品的线粒体基因组部分基因进行了系统发育分析,结果显示:本研究中约5000年的全新世大熊猫个体,在线粒体基因水平与现生大熊猫并未发生分化以形成独特的遗传谱系(Sheng et al., 2018 Genes)。由此可见,古代大熊猫全基因组测序及分析,能够避免线粒体单分子标记的局限及其母系遗传方式的干扰,反映父本和母本双方的核DNA经基因重组后在世代繁衍中留下的印记,为全面系统地构建大熊猫种群迁移演化历史提供更值得信赖的微观分子数据。

       据悉,该成果现已被《Nature》期刊网站Research Highlights专题进行了题为“Long-extinct pandas left a living legacy(绝灭大熊猫跨越数千年的遗传馈赠)”的新闻报道(https://www.nature.com/articles/d41586-019-01469-z)。

       本研究得到中国国家自然科学基金(41672017)、CSC-DAAD中德科技合作项目(2016-2041)、欧洲研究理事会联合基金(301763)资助。2005年的野外探险考察,得到了美国自然科学基金(DEB-0103795)和云南省科委基础研究基金(601197)的联合资助,由云南省文物考古研究所与加州科学院联合组织实施。

       全文链接:https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.04.021

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