黑麂保護遺傳學研究.pdf

1、黑麂(Crinifronsmuntiacus)是中國特有的珍稀瀕危鹿科動物，現(xiàn)僅分布于皖南、浙西以及與之接壤的江西和福建的局部山區(qū)。由于棲息地的片斷化和喪失，種群分布范圍和數(shù)量逐步縮小，已被列為國家一級保護的珍稀瀕危動物，IUCN將其定為易危種，并被載入CITES附錄Ⅰ。本文利用兩種不同遺傳模式的分子標記——線粒體DNA控制區(qū)(mtDNAD-loop)和核DNA微衛(wèi)星(shorttandemrepeats，STRs)，進行了黑麂的保護遺

2、傳學研究。期望本文的研究結果，能為制定這一珍稀瀕危動物的保護策略提供科學依據(jù)。主要研究結果如下： 1.黑麂線粒體控制區(qū)序列全長919bp-925bp，控制區(qū)長度具有個體間和個體內(nèi)的異質(zhì)性。引起序列長度變異的主要原因，是其控制區(qū)3'端存在異質(zhì)性結構：T1-3C8-11。經(jīng)比較分析，推測這一結構可能是麂屬動物控制區(qū)特有的。黑麂控制區(qū)5'端不存在重復序列。 2.野生種群(n=47)在長424bp的mtDN片斷中，共檢測到22個

3、變異位點，定義了18個單倍型。單倍型之間的序列差異變化范圍為0.2-2.9％，平均序列差異為1.3％，單倍型多樣性(h)與核苷酸多樣性(π)分別為0.913和0.00867。單倍型多樣性與其它鹿類動物相比，屬于中等偏高的范圍，而核苷酸多樣性則明顯的低于其它鹿類動物。在3個子種群中，遂昌種群兩個多樣性指數(shù)均最高，黃山種群和天目山種群單倍型多樣性相仿。較高的序列同源性和較低的線粒體DNA核苷酸多樣性，提示歷史上黑麂雌性的有效種群比較小。

4、 3.圈養(yǎng)種群(n=18)在長424bp的DNA片斷中，僅檢測到3個變異位點，表現(xiàn)出了極低的遺傳多樣性，其單倍型多樣性(h)和核苷酸多樣性(π)分別為0.569和0.0015。根據(jù)檢測到的3個變異位點定義了3個單倍型，表明圈養(yǎng)種群中存在3個母系，印證了該種群建群時，只有3只奠基者母鹿的事實，同時表明，這3只母鹿對該圈養(yǎng)種群都產(chǎn)生了遺傳貢獻。然而，這3個單倍型的基因頻率，存在著顯著的差異，表明該種群經(jīng)過近20年的發(fā)展，等位基因頻率發(fā)生

5、了顯著的偏斜，3個奠基者母鹿，對后代的遺傳貢獻率，存在著顯著的差異。 4.線粒體控制區(qū)序列分析結果表明，遂昌種群與黃山和天目山種群之間，已產(chǎn)生了顯著的遺傳分化(遂昌和黃山之間(φ)ST=0.16772，p＜0.001；遂昌和天目山之間(φ)ST=0.20022，p＜0.001)，提示遂昌種群在母系遺傳上，與另外兩個種群發(fā)生了隔離。黃山和天目山種群之間沒有顯著的遺傳分化((φ)ST=0.05628，p=0.125)，表明這兩個種群

6、之間，歷史上曾存在較強的雌性基因流。然而，這兩個種群又各自擁有不少特有單倍型，表明在歷史上著這兩個種群之間，也出現(xiàn)了基因流障礙。 5.基于簡約法(MP)和鄰接法(NJ)構建的系統(tǒng)發(fā)生樹，以及最簡約網(wǎng)絡跨度圖，都支持黑麂線粒體單倍型分化成CladeⅠandCladeⅡ兩個進化枝。但種群間線粒體單倍型在系統(tǒng)發(fā)生上，尚未形成互為獨立的單系群。特別指出的是，遂昌種群中有兩個迥然不同的單倍型系共存。 6.嵌套枝進化分析(NCA)表

7、明，黑麂線粒體單倍型分布與地理區(qū)域存在顯著的相關性。推測種群在發(fā)生區(qū)域膨脹之前，曾經(jīng)經(jīng)歷了棲息地片斷化效應(pastfragmentfollowedbyrangeexpasion)。堿基錯配檢驗(mismatchdistribution)和中性檢驗(neutraltest)結果，都表明黑麂種群歷史上曾經(jīng)發(fā)生過膨脹現(xiàn)象。綜合上述結果，本文對黑麂線粒體單倍型系統(tǒng)地理發(fā)生模式的解釋是：(1)歷史上黑麂因遭受冰河作用而被隔離，被隔離的種群各自獨

8、立進化；(2)當冰河作用消退后，孑遺種群發(fā)生了區(qū)域膨脹，致使不同單倍型系的種群發(fā)生了二次接觸；(3)近代人類活動，可能是黑麂現(xiàn)存種群基因流減小的主要原因。 7.66對跨物種微衛(wèi)星引物(?？?9對，鹿科17對)對黑麂樣品的擴增率為70％，具有多態(tài)性引物的比例為30％。本文最終篩選獲得的11對多態(tài)性微衛(wèi)星引物的多態(tài)信息含量(polymorphicinformationcontent，PIC)值，最低為0.645，平均為0.794，遠

9、大于0.5的高多態(tài)性臨界值。表明作者通過跨物種篩選的多態(tài)性微衛(wèi)星位點，包含了非常豐富的遺傳信息。11對多態(tài)性微衛(wèi)星引物的累積個體識別率達到100％，其非父累積排除概率(cumulatepaternityexclusion，CPE)在雙親信息都是未知情況下為0.9993，而在得知任一親本信息的情況下達到100％。表明本文通過跨物種篩選的方法，所選的黑麂的微衛(wèi)星位點，屬于高識別力的遺傳標記。這些位點不僅可以用來進行黑麂遺傳多樣性和遺傳結構的

10、分析，也是法醫(yī)學中進行個體識別和父權鑒定的理想標記。 8.11個微衛(wèi)星位點，在黑麂野生種群中(n=42)，共檢測到99個等位基因。其中，共享等位基因76個，特有等位基因23個。平均每個位點等位基因數(shù)為9個，平均有效等位基因數(shù)為5.8個，平均期望雜合度為0.78。與其它有蹄類動物相比，黑麂的這兩個參數(shù)，均屬于高遺傳多樣性的范疇，這與用線粒體控制區(qū)所檢測到的結果截然不同。線粒體DNA遺傳多樣性較低而核DNA遺傳多樣性較高的遺傳模式表

11、明，歷史上黑麂雌性的有效種群比較小，該物種可能是一個進化歷史比較短的、年輕的物種。本文的研究結果表明，在評價物種遺傳多樣性時，必須要參照該物種進化歷史的相關信息。否則，管理者在制定物種的保護計劃時，會感到很茫然。 9.在黑麂圈養(yǎng)種群中(n=14)，檢測到59個等位基因。平均每個位點等位基因數(shù)為5.4個，平均有效等位基因數(shù)為3.58個，平均雜合度為0.68，均顯著的低于野生種群(P＜0.05)。此外，該種群平均近交系數(shù)已經(jīng)達到0.

12、13，核等位基因頻率也出現(xiàn)了明顯的偏移，表明黑麂圈養(yǎng)種群，目前已經(jīng)表現(xiàn)出小種群中普遍存在的遺傳衰變問題。 10.同質(zhì)性檢驗(homogeneitytest)結果表明，遂昌種群等位基因頻率與其它兩個種群之間存在顯著的差異。分子變異分析(AMOVA)和個體分配檢驗(individualassignmenttest)，都支持遂昌種群和其它兩個種群之間發(fā)生了顯著的遺傳分化。此結果與用線粒體控制區(qū)標記所獲得的結果是一致的。因此，盡管線粒體

13、控制區(qū)和微衛(wèi)星屬于兩種完全不同的遺傳標記，但它們揭示出了相同的遺傳結構，即黑麂現(xiàn)有的3個種群野生在遺傳上，已經(jīng)分化為2個不同的類群：(1)遂昌；(2)黃山－天目山。 11.微衛(wèi)星和線粒體控制區(qū)的Manteltest檢驗結果顯示，黑麂種群間的遺傳分化與種群間的地理距離之間，沒有顯著的相關性(P＜0.05)，表明黑麂種群間的遺傳分化，不能直接用地理距離隔離(isolationbydistance)假說予以解釋，本文在此認為，黑麂遂昌

14、種群與黃山和天目山種群之間的分化，可能是多種因素綜合作用的結果。 12.利用線粒體控制區(qū)所得到的黑麂種群間的遺傳分化系數(shù)(FST=0.16)，大約為由微衛(wèi)星所得到的遺傳分化系數(shù)(FST=0.053)的3倍。這種差異表明，黑麂種群間雄性基因流相對較大，而雌性基因流較小。推測黑麂種群間的基因流可能主要是由雄性介導的(male-biasgeneflow)。 13.鑒于線粒體控制區(qū)和核微衛(wèi)星的檢測結果，建議將我國黑麂劃分為2個管

15、理單元(MU)：(1)遂昌單元；(2)黃山－天目山單元。由于遂昌單元包含了2個具有顯著差異的線粒體單倍型系，因此，建議在黑麂的2個管理單元中，優(yōu)先保護遂昌單元。 14.目前的圈養(yǎng)種群，由于建群時的奠基者數(shù)量過少，加上繁殖過程中譜系不清，缺乏科學的遺傳管理，已經(jīng)表現(xiàn)出了小種群普遍存在的遺傳問題。為使該圈養(yǎng)種群能夠長期有效地維持其遺傳多樣性，建議從黃山或天目山引入10-15只野生個體(雌雄性比約1∶1)，優(yōu)化更新圈養(yǎng)種群的血緣，同時