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Science: 促进基因多样性可以拯救濒危生物么,也许会适得其反!

来源:本站原创 2019-08-23 09:21

2019年8月23日讯 /生物谷BIOON /——不断扩大的全球人类足迹正在将世界动植物划分为越来越小、越来越孤立的种群,这些种群可能会因为近亲繁殖、疾病或环境变化而灭绝。几十年来,环保人士一直在提议通过从更多的人口中引进新的血液来振兴这些顽固分子。但他们想知道这是否真的有效,以及如何在不破坏处于危险中的群体的基因特性和独特适应性的情况下做到这一点。上个月举行的2019年进化大会上,研究人员描述了基因组工具是如何改进所谓的基因拯救的。

图片来源:http://cn.bing.com

尽管动物园一直在努力通过仔细匹配个别动物进行繁殖来保持濒危物种的遗传多样性,但这种策略在自然界中很少被尝试过。基因拯救"应该更频繁地尝试,"密苏里州蒙大拿大学(University of Montana)的保守基因组学家Andrew Whiteley和他的同事上周在《生态与进化趋势》(Trends in Ecology and Evolution)杂志上写道。但要想证明它的有效性,需要对好几代生命进行数年的跟踪,这是很少有研究尝试过的。研究人员直到最近才能够在分子水平上探测到发生了什么。现在,密歇根州立大学(MSU) W. K. Kellogg生物站的进化生物学家Sarah Fitzpatrick说,"我们有基因组工具来研究这些种群……以我们以前从未有过的方式。"

佛罗里达州立大学与Fitzpatrick合作的自然保护生物学家Brendan Reid说,在Trinidad对野生孔雀鱼进行的长期实验进化研究表明,为小种群注入新鲜血液确实有帮助。几十年前,研究人员在这个多山的国家的两条溪流的源头播种了取自遥远栖息地的孔雀鱼。在一条小溪里,被转移的鱼必须走很长的路,只能缓慢地向下游的一小群孤立的鱼游去。在另一条小溪里,这些鱼更快地加入了另一个孤立的群体。在两年半的时间里,Fitzpatrick和她的同事们每个月都要捕捉、标记并研究他们在这些孤立群体的领地上能找到的所有鱼类,然后再把它们放回溪流。他们在大约七代的时间里追踪了这种鱼的生长、生存和遗传多样性。

在这两条河流中,种群数量增加了10倍,遗传多样性增加了一倍。Reid在会议上报告说,后代更加多产,许多最健康的后代是当地和外来鱼类的杂交后代。但研究结果也发出了警告。在第二条河流中,新鱼的快速注入几乎完全消灭了土着鱼--自然资源保护主义者通常希望避免这种结果。Fitzpatrick说,这一结果表明,"少量移民可能是更好的选择"。

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另一项基因组研究显示,一些小群体经历了自然的基因拯救--并从中受益。纽约罗彻斯特大学的种群遗传学家Nancy Chen和她的团队研究了濒临灭绝的佛罗里达丛林鸦(Aphelocoma coulescens),它们的数量已经减少到几千只,分布在几百个地点。50年来,研究人员定期对佛罗里达州Placid湖附近Archbold生物站发现的所有丛林鸦进行统计和评估。最近,他们收集了每只鸟的血液样本,这使得陈和她的同事能够跟踪基因随时间的变化。

研究小组发现,这些鸟群体天生就能缓慢地注入新鲜血液。通常情况下,鸟类会从几公里外的小群体中缓慢进入。新来者的基因多样性不如那些已经在那里的鸟,但因为他们来自不同的群体,他们有助于保持居民群体的多样性。然而,由于鸟类数量的下降,近年来抵达的鸟类越来越少,这种多样性正在下降,使鸟类面临灭绝的危险。"来自小群体的基因流动可能真的很重要,"她在会议上总结道。

大多数生物学家认为,人口越多,新生血液的来源就越好。但加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)的研究生Chris Kyriazis使用计算机模型研究了隐藏在源种群中的有害突变的影响。因为只有当父母双方都将这种突变传递给后代时,这种突变才有可能是有害的,因此它们很可能从历史上规模较小的近亲繁殖种群中被淘汰,并在更大的种群中持续存在。Kyriazis在会议上以及bioRxiv上发表的一篇预印本上报告说,他的模型表明,中等规模的种群,而不是最大的种群,可能是基因拯救的最佳来源。

有时,基因组结果显示,这种拯救策略可能适得其反。加州Santa Catalina岛上只剩下1000只岛狐,其中60%患有影响耳朵的癌症。来自莫斯科爱达荷大学的进化生物学家Paul Hohenlohe发现了许多使狐狸易患癌症的基因,他想知道狐狸是否是基因拯救的候选对象。但他在会议上报告说,他发现Santa Catalina狐与可能是新血液来源的邻近种群相比,具有遗传优势:它们的基因组有更多的变异,包括癌症基因。此外,Santa Catalina狐狸比其他狐狸更能适应岛上炎热干旱的气候,其中许多狐狸生活在更潮湿、更凉爽的岛屿上。因此,他建议顺其自然,观察狐狸是否最终进化出了对癌症的抵抗力。

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这些研究正在帮助振兴一项许多人认为迫切需要的战略。Fitzpatrick说:"这个问题的紧迫性和工具的可用性使它成为一个真正令人兴奋的时刻。"(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Elizabeth Pennisi. Boosting genetic diversity may save vanishing animal populations. But it may also backfire. Science. 2019. doi:10.1126/science.aay7653

【2】Elizabeth Pennisi. The Great Guppy Experiment. Science  24 Aug 2012: Vol. 337, Issue 6097, pp. 904-908 DOI: 10.1126/science.337.6097.904

【3】Donovan A. Bell et al. The Exciting Potential and Remaining Uncertainties of Genetic Rescue. Trends in Ecology and Evolution. DOI:https://doi.org/10.1016/j.tree.2019.06.006
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