近日，浙江大學(xué)聯(lián)合深圳華大生命科學(xué)研究院、中國大熊貓保護(hù)研究中心等單位，發(fā)布大熊貓高質(zhì)量基因組研究成果，首次揭示熊貓秦嶺亞種基因組，并結(jié)合群體數(shù)據(jù)對(duì)大熊貓獨(dú)特的生物學(xué)特征進(jìn)行了分析，相關(guān)成果將為熊貓的繁育、管理和保護(hù)工程起到積極作用。
這一成果發(fā)布在知名期刊《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上，論文的第一作者為浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生光宣敏，通訊作者為浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院方盛國教授和深圳華大生命科學(xué)研究院劉歡研究員等。
解密熊貓亞種分化時(shí)間
熊貓兩個(gè)亞種兄弟已有一萬年未曾謀面
談起大熊貓，想到它們的故鄉(xiāng)在四川。其實(shí)早在2005年，方盛國便對(duì)大熊貓進(jìn)行了分類研究，在已有的四川亞種基礎(chǔ)上，首次科學(xué)提出并命名了大熊貓的秦嶺亞種。
這兩個(gè)亞種分布在四川、陜西和甘肅三省交界的高山峽谷地區(qū)。直觀地看，四川亞種頭大嘴尖，長得像熊。秦嶺亞種頭圓嘴短，長得像貓。
除此之外，這次運(yùn)用的第三代基因組測(cè)序技術(shù)，較過去得到了更加清晰的基因像素圖片?！斑@次基因組片段的連續(xù)性提高了200倍，讓熊貓的基因組成細(xì)節(jié)更加清楚。”方盛國介紹。
在歷時(shí)3年多的研究中，團(tuán)隊(duì)通過對(duì)遺傳變異等的綜合評(píng)估研究，明確界定了兩個(gè)熊貓亞種開始分化的時(shí)間，是距今1萬到1.2萬年前。也就是說大熊貓的兩個(gè)亞種兄弟，已有1萬余年未曾謀面。
誕生于800萬年前的熊貓，經(jīng)歷了地球的滄桑巨變。在距今2.4萬年到1萬年前的兩次大冰川中，北方的熊貓滅絕，只留下了秦嶺中部的一個(gè)小種群和四川相嶺的一個(gè)小種群?？蒲腥藛T對(duì)四川亞種和秦嶺亞種的基因組分析發(fā)現(xiàn)，此次分化后的秦嶺亞種熊貓，就再也沒有跨出黃河流域，在遺傳變異方面顯得非常保守，近萬年來沒有大的變化。而四川亞種，其遺傳變異性就相對(duì)較大，遺傳多樣性較為豐富，更加適應(yīng)野外生存。
“對(duì)熊貓分化的尋根問祖，既有助于清晰了解熊貓家族的發(fā)展歷程，又可為生物地理和氣候變化等領(lǐng)域的研究提供重要的借鑒參考?！狈绞榻B，秦嶺亞種是大熊貓這個(gè)古老物種的祖脈，是當(dāng)代大熊貓的原始種群。
內(nèi)臟器官適應(yīng)性變小
更加憨態(tài)可掬
大熊貓走路不緊不慢、常常坐地吃竹子，形象憨態(tài)可掬。其實(shí)，這也是長期適應(yīng)性進(jìn)化的結(jié)果——最大限度地降低身體的能量代謝消耗。
熊貓?jiān)臼侨馐硠?dòng)物，后來變成了以竹子為食。為了應(yīng)對(duì)食性的巨大改變，熊貓進(jìn)化出了相對(duì)較小的內(nèi)臟器官，以適應(yīng)減少新陳代謝。本次研究中，科研人員在基因分析中找到了進(jìn)化的奧秘。他們發(fā)現(xiàn)大熊貓Hippo通路上基因快速進(jìn)化，一些調(diào)控元件上存在特異性突變。
Hippo通路調(diào)節(jié)器官大小。A大熊貓中相對(duì)較小的內(nèi)臟器官（肝、腎、腦）；b熊貓Hippo通路上快速進(jìn)化的基因以及CNE元件
有著近30年熊貓研究經(jīng)歷的方盛國介紹，竹子的營養(yǎng)畢竟是有限的，因此人們常?？吹酱笮茇埿枰粩嗟某灾褡樱拍苎a(bǔ)充養(yǎng)分，通常每天有14個(gè)小時(shí)以上的時(shí)間在啃食竹子。
這項(xiàng)研究的難度不在于對(duì)數(shù)據(jù)的宏觀分析，而是在于通過長久的研究不斷積累、發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題，進(jìn)而靶向到基因找到問題癥結(jié)。
繁殖關(guān)鍵基因存在丟失
為精準(zhǔn)保護(hù)提供新思路
影響一個(gè)物種能否長期生存，關(guān)鍵因素是生殖能力與免疫能力。在對(duì)大量的數(shù)據(jù)研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過比較基因組學(xué)的分析發(fā)現(xiàn)，大熊貓生殖系統(tǒng)中的關(guān)鍵基因存在丟失。
兩個(gè)亞種大熊貓基因組上的DACH2基因調(diào)控元件特異性丟失，并在SYT6基因發(fā)現(xiàn)特異性位點(diǎn)突變。已有的研究證明前者與生殖系統(tǒng)中米勒管的發(fā)育有關(guān)，突變會(huì)引起卵巢早衰并影響繁育。而后者則與精子的形成緊密相關(guān)?？蒲腥藛T認(rèn)為，這些變化可能是大熊貓繁殖力比其他哺乳動(dòng)物低的重要原因之一。
大熊貓的DACH2基因的調(diào)控元件丟失情況示意圖
通過對(duì)四川和秦嶺兩個(gè)亞種的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，四川亞種在影響受精的IQCD基因上受到強(qiáng)烈的正選擇作用，由此可知四川亞種的繁殖力比秦嶺亞種高。
如何讓大熊貓更好繁衍？方盛國認(rèn)為此項(xiàng)研究結(jié)果，提示大家需要在人工飼養(yǎng)繁殖和野外就地保護(hù)繁育兩個(gè)方面開展精準(zhǔn)的遺傳管理工作。
方盛國建議要加快同一亞種內(nèi)大熊貓破碎化小種群之間的基因交流，這有助于減少近親繁殖和遺傳衰退問題?！坝捎谇貛X亞種棲息地受到人類活動(dòng)的影響，變得四分五裂?！彼J(rèn)為，要恢復(fù)它們的棲息地，加快秦嶺山系內(nèi)部小種群之間的交流。
但同時(shí)必須看到，在加強(qiáng)棲息地保護(hù)時(shí)，要阻斷兩個(gè)亞種的接觸?！俺鞘堑搅藰O端的保種情況，兩個(gè)亞種間就應(yīng)盡量避免交配繁殖，否則產(chǎn)生的子代個(gè)體的繁殖力可能會(huì)被削弱，這對(duì)四川亞種種群來說是極為不利的?！狈绞硎?，對(duì)瀕危動(dòng)物的保護(hù)最終目的還是要讓它們適應(yīng)野外生存。如果不注重基因的保護(hù)，人為打亂原有的野外種群關(guān)系，可能會(huì)因遺傳多樣性的喪失而使物種走向衰退。
該研究受到國家科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、浙江大學(xué)高峰學(xué)科項(xiàng)目等資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321001158
（柯溢能）
