黑麂保護(hù)遺傳學(xué)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(hù)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(biāo)記——線粒體DNA控制區(qū)(mtDNAD-loop)和核DNA微衛(wèi)星(shorttandemrepeats，STRs)，進(jìn)行了黑麂的保護(hù)遺

2、傳學(xué)研究。期望本文的研究結(jié)果，能為制定這一珍稀瀕危動物的保護(hù)策略提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)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(gè)體間和個(gè)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(jié)構(gòu)：T1-3C8-11。經(jīng)比較分析，推測這一結(jié)構(gòu)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(fù)序列。 2.野生種群(n=47)在長424bp的mtDN片斷中，共檢測到22個(gè)

3、變異位點(diǎn)，定義了18個(gè)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(gè)子種群中，遂昌種群兩個(gè)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(gè)變異位點(diǎn)，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(gè)變異位點(diǎn)定義了3個(gè)單倍型，表明圈養(yǎng)種群中存在3個(gè)母系，印證了該種群建群時(shí)，只有3只奠基者母鹿的事實(shí)，同時(shí)表明，這3只母鹿對該圈養(yǎng)種群都產(chǎn)生了遺傳貢獻(xiàn)。然而，這3個(gè)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(gè)奠基者母鹿，對后代的遺傳貢獻(xiàn)率，存在著顯著的差異。 4.線粒體控制區(qū)序列分析結(jié)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(gè)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(gè)種群

6、之間，歷史上曾存在較強(qiáng)的雌性基因流。然而，這兩個(gè)種群又各自擁有不少特有單倍型，表明在歷史上著這兩個(gè)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(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)生樹，以及最簡約網(wǎng)絡(luò)跨度圖，都支持黑麂線粒體單倍型分化成CladeⅠandCladeⅡ兩個(gè)進(jìn)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(dú)立的單系群。特別指出的是，遂昌種群中有兩個(gè)迥然不同的單倍型系共存。 6.嵌套枝進(jìn)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(guān)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(yīng)(pastfragmentfollowedbyrangeexpasion)。堿基錯配檢驗(yàn)(mismatchdistribution)和中性檢驗(yàn)(neutraltest)結(jié)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(jié)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(dú)

8、立進(jìn)化；(2)當(dāng)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(kuò)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(yuǎn)

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(diǎn)，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(gè)體識別率達(dá)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(dá)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(diǎn)，屬于高識別力的遺傳標(biāo)記。這些位點(diǎn)不僅可以用來進(jìn)行黑麂遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)的

10、分析，也是法醫(yī)學(xué)中進(jìn)行個(gè)體識別和父權(quán)鑒定的理想標(biāo)記。 8.11個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)，在黑麂野生種群中(n=42)，共檢測到99個(gè)等位基因。其中，共享等位基因76個(gè)，特有等位基因23個(gè)。平均每個(gè)位點(diǎn)等位基因數(shù)為9個(gè)，平均有效等位基因數(shù)為5.8個(gè)，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(gè)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(jié)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(gè)進(jìn)化歷史比較短的、年輕的物種。本文的研究結(jié)果表明，在評價(jià)物種遺傳多樣性時(shí)，必須要參照該物種進(jìn)化歷史的相關(guān)信息。否則，管理者在制定物種的保護(hù)計(jì)劃時(shí)，會感到很茫然。 9.在黑麂圈養(yǎng)種群中(n=14)，檢測到59個(gè)等位基因。平均每個(gè)位點(diǎn)等位基因數(shù)為5.4個(gè)，平均有效等位基因數(shù)為3.58個(gè)，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(dá)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(yàn)(homogeneitytest)結(jié)果表明，遂昌種群等位基因頻率與其它兩個(gè)種群之間存在顯著的差異。分子變異分析(AMOVA)和個(gè)體分配檢驗(yàn)(individualassignmenttest)，都支持遂昌種群和其它兩個(gè)種群之間發(fā)生了顯著的遺傳分化。此結(jié)果與用線粒體控制區(qū)標(biāo)記所獲得的結(jié)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(biāo)記，但它們揭示出了相同的遺傳結(jié)構(gòu)，即黑麂現(xiàn)有的3個(gè)種群野生在遺傳上，已經(jīng)分化為2個(gè)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(yàn)結(jié)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(guān)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(rèn)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(jié)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(dǎo)的(male-biasgeneflow)。 13.鑒于線粒體控制區(qū)和核微衛(wèi)星的檢測結(jié)果，建議將我國黑麂劃分為2個(gè)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(gè)具有顯著差異的線粒體單倍型系，因此，建議在黑麂的2個(gè)管理單元中，優(yōu)先保護(hù)遂昌單元。 14.目前的圈養(yǎng)種群，由于建群時(shí)的奠基者數(shù)量過少，加上繁殖過程中譜系不清，缺乏科學(xué)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(gè)體(雌雄性比約1∶1)，優(yōu)化更新圈養(yǎng)種群的血緣，同時(shí)