Avian Res | 基于全基因组数据的白冠长尾雉种群遗传学和适应性进化研究

文摘   科学   2024-01-18 19:11   北京  

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白冠长尾雉(Syrmaticus reevesii)是中国特有鸟类,隶属于鸡形目(Galliformes)雉科(Phasianidae)长尾雉属(Syrmaticus),主要分布于我国的华中和西南地区。因受胁严重,该种雉类被世界自然保护联盟濒危物种红色名录(IUCN)列为易危物种(Vulnerable),在2019年被CITES公约增列为附录II保护物种,2021年我国最新版的《国家重点保护野生动物名录》将其从原来的二级提升到一级。目前白冠长尾雉正经历着栖息面积减少、种群数量快速下降的过程, 尽管我国学者对其野生种群开展了多年的生态学研究,但迄今对这种濒危鸟类的基因组多样性和生态适应方面的了解依然存在欠缺。

为揭示白冠长尾雉的种群遗传结构、遗传多样性、种群分化和局部适应的遗传基础,进而了解白冠长尾雉的基因组状况,北京师范大学张正旺教授团队首次利用全基因组测序数据评估了当前分布区域内白冠长尾雉的遗传多样性、种群遗传结构、近交模式和分化模式,并确定了受定向选择的候选基因。该研究成果以“Population genomic data reveal low genetic diversity, divergence and local adaptation among threatened Reeves’s Pheasant (Syrmaticus reevesii)”为题于2024年1月发表在Avian Research上。

研究结果表明,与其他物种相比,白冠长尾雉的遗传多样性相对较低(图1A);该物种的三个地理种群(大别山、神农架、秦岭)之间存在着明显的种群结构(图1B);常染色体纯合度分析发现,神农架种群有严重的近交繁殖现象(图1C,D)。

图1. 白冠长尾雉与其他雉类物种的遗传多样性比较结果(A);不同地理种群的种群遗传结构分析结果(B);近亲繁殖分析结果(C/D)。

结合FSTπ和dXY的计算结果并进行种群间的离群值分析,确定了与定向选择相关的241个候选基因,这些基因参与了白冠长尾雉的免疫反应、色素沉着和食物摄入等多种发育和分化过程(图2);将所鉴定出的基因进行KEGG富集分析,发现一些基因被富集到代谢过程(Metabolism process, gga00531, P = 2.89×10-3)、环境信息过程(Environmental information processing, gga04012, P = 1.47×10-3)和细胞发生过程(Cellular processes, gga04142, P = 2.18×10-3中(图3左)。通过GO富集分析的结果,我们发现在生物过程(BP)方面,基因主要富集于化学反应(Chemical)相关方面;在细胞成分(CC)方面,基因主要富集在内膜系统(Endomembrane system)相关方面;在分子功能(MF)方面,基因主要富集于相同蛋白结合(Identical protein binding)方面(图3右)。

图2. 对白冠长尾雉不同地理种群的适应性进化分析。A/C/C:FST和log(π1/π2)比较结果;D/E/F:FST和dXY的比较结果。

图3. 基因富集分析结果。左:KEGG数据库所显示出的富集结果;右:富集到GO数据库的结果。

本研究利用保护基因组学方法,发现了白冠长尾雉:(1)遗传多样性较低;(2)不同种群的种群遗传结构明显;(3)具有较高的近交水平和潜在的近期瓶颈效应事件;(4)定向选择促进其不同地理种群的局部适应。基于以上结论,我们建议应将白冠长尾雉的三个不同地理种群分为三个保护单元开展保护工作。本研究为全球生物多样性的保护与管理提供了新的基因组数据。

北京师范大学生态学研究所博士研究生芦琦为该成果的第一作者,北京师范大学张正旺教授和瑞典乌普萨拉大学的Jacob Höglund教授为共同通讯作者,南京师范大学王鹏程副教授、中国环境科学研究院常江研究员、北京师范大学陈德副教授和中国科学院微生物研究所高胜寒助理研究员也参与了该研究。该研究获得了生态环境部生物多样性调查、监测与评估项目(No. 2019HB2096001006)、国家自然科学基金面上项目(No. 31672319)和中国濒危物种科学委员会研究项目(No. 2022-331)的资助。

注:本文白冠长尾雉照片均由王献功于2022年3月在河南省董寨国家级自然保护区毛竹园站点拍摄并授权使用。

文章链接:
https://doi.org/10.101‍6/j.avrs.2023.100156
引用格式:

Lu, Q., Wang, P., Chang, J., Chen, D., Gao, S., Höglund, J., et al., 2023. Population genomic data reveal low genetic diversity, divergence and local adaptation among threatened Reeves's Pheasant (Syrmaticus reevesii). Avian Research, 14: 100156. https://doi.org/10.1016/j.avrs.2023.100156.



About Avian Research







《鸟类学研究(英文)》(Avian Research是由中国动物学会鸟类学分会北京林业大学共同主办的学术期刊,采取开放获取(Open Access)模式出版,主要发表鸟类学领域各个方向的研究论文和综述。科睿唯安JCR2022影响因子:1.8,位于鸟类学领域Q1区。2023年中科院期刊分区表中,在生物学大类和鸟类学小类均为2。入选中国科技期刊卓越行动计划梯队期刊。






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稿:芦琦

排版丹阳

审核:张正旺、程朋军


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