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英文标题：Extant and extinct bilby genomes combined with Indigenous knowledge improve conservation of a unique Australian marsupial
发表期刊：Nature Ecology & Evolution（影响因子13.9）
发表时间：2024年7月
发表单位：悉尼大学生命与环境科学学院
技术路线：
大兔耳袋狸（Ninu，Macrotis lagotis）是一种栖息于沙漠的、有重要文化价值和生态价值的有袋类动物。研究人员生成了大兔耳袋狸的染色体水平基因组（3.66 Gb）和已灭绝的小兔耳袋狸（Yallara，Macrotis leucura）的基因组（3.50 Gb）。研究团队基于大兔耳袋狸基因组进行了种群结构研究，种群历史分析，染色体共线性分析等，并且开发测试了一种基于SNP的种群结构检测工具，为兔耳袋狸当前和未来的保护工作奠定了基础。
研究背景：
兔耳袋狸，是一种独特的有袋类动物，是袋狸科（Thylacomyidae）中唯一的成员。它们包括现存的大兔耳袋狸（Macrotis lagotis）和已灭绝的小兔耳袋狸（Macrotis leucura）。历史上，大兔耳袋狸分布广泛，涵盖了干旱和温带地区，而小兔耳袋狸则局限于沙漠地区。两种袋狸数量的下降归因于欧洲殖民者引入的野生害虫，尤其是猫（Felis catus）和狐狸（Vulpes vulpes）的捕食。
当前用于了解野生大兔耳袋狸种群状态的方法依赖于由土著护林员进行的足迹和粪便调查，包括对粪便样本使用微卫星基因分型的方法来估算数量。尽管这些调查确定了野生大兔耳袋狸的存在和繁殖，但它们无法提供性别比例、亲缘关系等种群结构信息。因此，需要一种可以提供更多种群结构信息的分析方法。
研究内容：
研究团队使用长读长HiFi数据、短读长Illumina数据和HiC数据相结合的方法生成了大兔耳袋狸参考基因组。组装基因组大小为3.66 Gb，比其他有袋类基因组更大，其中95.6%的序列被挂载到九条染色体和线粒体基因组上。其中染色体1的长度极大，达934 Mb。
研究团队还从1898年收集的一个头骨样本中提取DNA，使用短读长测序（Illumina）数据，用BWA aln算法将短读长测序数据比对到大兔耳袋狸基因组，生成了小兔耳袋狸基因组组装，大小为3.50 Gb（6,329,012个contig；19.74%的间隙；75.2%的完整哺乳动物BUSCO）。
兔耳袋狸与其近缘物种基因组比较
与其他一些有袋动物物种一样，兔耳袋狸的染色体存在多种重排。但兔耳袋狸具有一种独特的性染色体系统XY1Y2，其中X表示雌性染色体，Y1和Y2表示两种不同的雄性染色体。Y1染色体非常小，这与大多数有袋动物物种的Y染色体相似，代表了祖先Y染色体。相比之下，Y2是一个长端着丝粒染色体，具有与兔耳袋狸X染色体的长臂（Xq）相似的大小和形态。通过将雄性基因组的二代测序序列比对到雌性兔耳袋狸参考基因组上，使用读长深度分析，结果显示兔耳袋狸的XY1Y2性染色体系统形成是通过X染色体与末端着丝粒型常染色体的融合产生的，并涉及其他染色体重排和重组事件。
有袋动物染色体共线性分析，揭示了兔耳袋狸XY1Y2染色体系统的结构
研究团队对大兔耳袋狸和小兔耳袋狸的种群历史进行了分析。结果显示，大约50万到800万年前，大兔耳袋狸物种经历了一次初始衰退，而小兔耳袋狸物种在30万到400万年前经历了类似的衰退。这些衰退事件与全球地表温度下降前的最后一次冰期相吻合。
对12个重测序的大兔耳袋狸基因组进行的研究发现，不同地区的个体之间存在杂合度和纯合性片段（ROH）的差异。半干旱地区的大兔耳袋狸个体的亲缘系数变化较大，但通常包含较少的短ROH。相反，在温带地区的个体中观察到较多的长ROH。
兔耳袋狸的群体规模历史统计，以及大兔耳袋狸近交繁殖情况和杂合度统计
研究团队在2016年至2021年期间，利用保护区域内的大兔耳袋狸种群作为源种群（source populations），扩展了大兔耳袋狸的人工种群。通过对363个个体的基因组数据进行分析，发现源种群的杂合度较低，而混合种群和后代种群的杂合度较高。大多数种群显示出低于预期的杂合度，表明可能存在近亲繁殖。
研究还发现，源种群中存在的亲缘关系过高的情况，会使得有效种群大小估计的精度下降。因此，为了有效的评估保护措施是否成功，研究团队利用与参考基因组比对的RRS SNPs，开发了由35个常染色体标记和4个性染色体连锁标记组成的MassARRAY面板工具。这种工具可用于粪便样本中DNA的分型，用于对大兔耳袋狸种群进行遗传分析，并评估种群的遗传多样性、近亲繁殖和种群健康状况，使得研究人员可以非侵入性地获取种群遗传信息，而无需对动物进行捕捉或干扰。利用该工具进行了一项案例研究，对大兔耳袋狸种群进行了全国范围的调查，以了解其分布和不同种群之间的迁移情况，同时估计种群数量。
野生种群和源种群的取样位置和观察到的不同种群的杂合度
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