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大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)线粒体基因组研究及圈养种群遗传多样性分析

杨波  
【摘要】:大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)是我国特有的“活化石”物种,国家Ⅰ级保护物种,被IUCN和中国濒危动物红皮书定义为濒危级。现存野生种群仅分布于陕西秦岭南麓,四川盆地西北缘的岷山和邛崃山系,西缘的大相岭、小相岭及凉山等六个山系。如今大熊猫栖息地生境严重破碎化,限制孤岛小种群间基因交流,加速近亲繁殖和遗传漂变发生频率以致种群遗传多样性降低,并且伴随着统计学、环境、灾害和遗传等随机性的不确定性因素影响,小种群难以续存。随着全球气候变暖、森林锐减、淡水资源危机等重大环境问题的加剧,大熊猫的生存面临着严峻考验,急切需要得到有力的保护。大熊猫人工繁育是迁地保护的重要环节。然而,大熊猫圈养种群正面临着遗传多样性丧失、种源枯竭和繁殖适配率下降等风险,严重制约圈养种群的维持与发展,将使得迁地保护项目实施难度加剧。圈养种群遗传学分析依赖于现存野生种群的遗传学背景信息如遗传多样性、遗传结构、亲缘地理和保护单元定义等,是大熊猫迁地保护与野化放归的重要研究内容。 本文基于线粒体基因组数据和mtDNA D-loop多态性信息就以上遗传学问题进行分析,为圈养大熊猫的繁殖管理和繁育策略在提供分子辅助。 通过分析大熊猫4条线粒体基因组序列显示,其基因组结构属于典型的脊椎动物结构,长度约为16746~16846bp,控制区的十碱基串联重复单元致使基因组长度差异性的存在。线粒体基因组的碱基组成呈A+T碱基偏好性,A+T碱基含量高达61.2%,明显大于G+C含量(38.8%),各碱基含量依次为ATCG。整个基因组序列共含有148SNPs,包含34个简约性信息位点和114个单可变位点。其中,CytB和D-loop区具有更高的碱基置换率,表明其进化速率更快,而12S、16S和ATP8的进化速率最低。系统进化分析显示,大熊猫与熊科物种聚集在一起,并处于熊科物种的基部位置;大熊猫与小熊猫处于不同的进化分枝。线粒体蛋白质基因均受到了高强度的净化选择压力和功能约束性,其中ATP8、ND1、ND5、CytB和ND4等五个基因表现的最为强烈。 本文基于大熊猫线粒体控制区5’端约585bp,结果显示,圈养种群较野生种群表现出中等水平的遗传多样性,单倍型多样性(h=0.666)和核苷酸多样性(π=0.00285)数值稍小于野生种群(h=0.832,π=0.00393),但同时比凉山(h=0.579,π=0.00216)、小相岭(h=0.532,π=0.00180)和大相岭(h=0.186,π=0.00033)种群的遗传水平高。卧龙种群(h=0.632,π=0.0312)的遗传多样性指数均大于成都种群(h=0.604,π=0.00188),并且卧龙种群(S=11)单倍型较成都种群(S=5)含有较多的变异位点数。种群内平均遗传距离分析显示出卧龙种群(0.00315)内平均距离成都群体(0.00189),表明成都种群内个体间的遗传关系较近,近交繁殖较明显,从而导致种群遗传水平降低。卧龙与成都种群间存在着较大的基因流(Nm=2.24001)。 卧龙种群与邛崃及岷山种群间Fst分别为0.0003和0.0237,均小于0.05,表明卧龙种群建群者大多数来源于这两个野生种群;成都种群与邛崃种群的Fst最小(0.1212);陕西种群与秦岭野生种群的亲缘关系最近(Fst=0.0001)。六个野生种群可被划分成为四个地理区域种群即北部的秦岭种群,中部岷山、邛崃和大相岭的混合种群,南部的两个种群(小相岭和凉山种群)。并且,四个地理区域种群间的存在着明显的遗传差异性(Fst0.25,P0.01)。 大熊猫总种群错配分布曲线呈单峰,同时SSD(0.03326)和r(0.10615)值均较少且不显著(P0.05),表明种群曾经历过瓶颈效应,种群存在扩张现象。中性检验结果(Tajima's D=-0.82660和Fs=-19.10788)与其结果一致。三个圈养种群错配分布曲线均呈单峰,且Tajima's D均为负值,表明种群受到了“奠基者效应”的影响以至瓶颈效应的产生,需要采取相应措施来进行更佳的保护与管理。


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