通过全基因组测序帮助美洲狮避免近亲繁殖

Puma Kitten.

彪马小猫,在家里她的幼儿园,通过同行在红木日志在萨那克鲁兹山一洞。现在科学家们已经测序的10个美洲狮的基因,这将有助于形状的保护策略。来源:塞巴斯蒂安Kennerknecht

第一个完整的山狮个体基因序列为拯救濒危野生动物种群提供了更好的保护策略。

当学生在加州大学圣克鲁斯分校(UCSC)发现,在校园里死骡鹿了,他们认为它已被郊狼打死。野生生物学家克里斯Wilmers装配了一台摄像机来监视夜间的尸体。但动物蹑手蹑脚走出阴影对鹿用餐的无狼 - 这是一头美洲狮。

山狮或彪马,靠近他们的猎物,“所以它一定一直都在附近的峡谷中隐藏,”UCSC的进化生物学家霍华德休斯医学院调查员Beth Shapiro说。

持久的美洲狮已经众所周知,威尔斯曾闻名,他们曾被广告领事馆标记为加利福尼亚山狮的长期研究的一部分。但是现在,动物被称为36米,变得更加着名:他是第一个拥有科学家破译的完整基因组的彪马

36米的基因的信息可能导致2019年10月18日在2019年10月18日报告的康沃罗,威尔莫尔斯及其同事中的更好的保护策略自然通信. 威尔默斯说,北美的许多美洲狮种群正变得越来越孤立。这增加了他们屈服于近亲繁殖的机会及其后果——严重的异常,如心脏受损和精子畸形。但有了全基因组信息,科学家可以精确定位需要新基因流入的种群,或者确定在种群之间移动的最佳美洲狮。

夏皮罗说,这样的工作可以阻止近亲繁殖,有助于防止当地种群灭绝。”这是第一次以这种方式使用整个基因组。”

Puma P 22山狮子好莱坞

这彪马,称为P-22,被称为好莱坞的山狮。新的基因组工作暗示,山狮可以在北美时间远远比以前认为已经存在。信贷:国家公园服务

处境危险的美洲狮

球队的新的测序工作是不是第一次努力,以解锁美洲狮基因秘密。Years of painstaking research by geneticist Stephen O’Brien, molecular ecologist Warren Johnson, and others had previously shown that Florida’s tiny population of pumas (also known as cougars or panthers) had become dangerously inbred, resulting in health defects like holes in their hearts and missing testicles. These abnormalities threatened the animals’ ability to reproduce.

The research team also proved that the introduction of eight female cougars from west Texas in 1995 had added enough new genes to boost health and help the population grow from about 30 individuals to more than 120. But the team’s effort was limited by the genetic technology available at the time, which relied on analyzing just small snapshots of脱氧核糖核酸,或标记,散布在整个基因组中。因此,科学家们对美洲狮的基因没有一个完整的了解。

动物让每一个基因的两个版本 - 一个来自母亲,而且通常一个不同的父亲。这意味着后代具有遗传多样性需要保持健康的人群。但是,当种群变小,隔离,亲属滋生彼此。其结果是,遗传多样性掉价,许多基因组位置结束与一个基因的两个相同的版本。这时候,奇怪的事情发生在动物,像扭结的尾巴,受损的心脏和精子畸形在德州美洲狮的基因注入前的近交佛罗里达豹发现。

使用DNA标记独自一人,科学家可以估算出遗传变异的数量平均人口之内,并获得近交水平的画面粗糙。但这种方法不能说这些标记之间的DNA的主要延伸是否包含有相同基因的副本。约翰逊,谁在沃尔特·里德生物系统单元和史密森保护生物学研究所的中心物种生存下属说,这些相同的基因拷贝的运行是至关重要的。yabo124

这些延伸的数量和长度提供了近亲繁殖程度的精确度量以及最初步的措施 - 因此,人口与遗传悬崖脱落的程度。近亲繁殖不是一种缓慢而渐进的过程,夏皮罗解释道。相反,一旦足够长的DNA具有相同的副本累积,近距离击球的效果突然,就像关闭一个灯开关一样。

佛罗里达豹

1995年引进了来自西德克萨斯州西德克萨斯州的八个女性美洲狮,帮助促进了佛罗里达州豹的健康。所示的豹寻求难民在佛罗里达州的大柏树国家保护区避难。信贷:国家公园服务

从猛犸象到山狮

Shapiro最为人知,以恢复和测序来自古老骨骼的微小DNA,描绘猛犸象和其他现在灭绝的动物的遗传变化,因为他们的数字萎缩。但她也对北美山狮子应用于现有生物的相同技术,同时兴趣。她想了解有关遗传道路的更多信息 - 并可能阻止这些生物遭受同样的命运。在与Wilmers交谈时有一天关于圣克鲁斯狮子人口,这两个科学家意识到缺少一个关键的信息:Puma完全的遗传序列。

夏皮罗和她的团队,包括研究生内达·萨雷米(Nedda Saremi)和博士后梅根·阿普尔(Megan Supple),利用威尔默斯已经从美洲狮36m身上采集的血液,读取了狮子的整个基因组,作为该物种的参考。然后,为了进行比较,他们利用储存的样本对另外九只山狮的基因组进行了排序——另一只来自圣克鲁斯地区,两只来自圣莫尼卡山脉,一只来自黄石公园,三只来自佛罗里达州,一只来自巴西。

“大外卖是易位的工作,但灯光会因为他们继续近交熄灭。”- 贝丝·夏皮罗

这项工作让夏皮罗看看采取了年在佛罗里达州弄清楚 - 德州美洲狮的易位已经提振了佛罗里达豹的遗传多样性和健康。该序列也带来了新的见解:即使是在得克萨斯州的DNA混合后,佛罗里达州的人口仍然比以前想象的更接近遗传边缘。“大外卖是易位的工作,但灯光会因为他们继续近交走下车,”夏皮罗说。

同样,圣克鲁斯山脉中的人口“我们预期的山脉”并不是,“她说。该10个基因组还持有争议的暗示山狮可能在北美可能存在于以前认为 - 多达300,000年,而不是少于20,000年。“贝丝和她的学生能够从只有10人学习,大大扩展了传统上使用的DNA标记可以推断出什么,”约翰逊说。

随着科学家们提高全基因组测序水平,将会有更多的见解。加州大学洛杉矶分校克雷茨保护科学中心主任布拉德·沙弗解释说,对一个物种范围内许多个体的完整基因组进行测序“非常有价值”这可以告诉我们很多关于气候适应和其他关键保护目标的潜力。”随着成本迅速下降,夏皮罗说,阅读3600万份基因组的成本约为1万美元,低于几年前的3万美元,随后,每只狮子的价格仅为400美元——奥布莱恩和其他人正在推动更大的努力。”诺瓦东南大学的奥布莱恩说:“我们应该对我们能捕捉到的每一种生物进行全基因组测序。”。

夏皮罗的工作已经为研究单个山狮和种群的遗传健康提供了强有力的新焦点,为更有效的保护战略指明了方向。例如,与世隔绝的种群可能受益于横跨主要公路的野生动物桥梁,从而使动物能够更广泛地游荡。在其他情况下,科学家可能需要将动物从一个地区转移到另一个地区。总的来说,更完整的基因组图可以发现近亲繁殖风险最大的群体——以及易位的最佳候选群体。

“现在我们可以做出更明智的决定,”约翰逊说在过去,我们是根据有限的基因信息做出决定的。“新方法消除了人口遗传的许多不确定性,他说。它还提供了关于如何保存遗传变异的线索,并可能帮助种群适应变化。

尽管3600万美洲狮没有活到看到任何这些进步,但他的遗传遗产将继续存在。”威尔默斯在致词中写道:“不管用什么标准衡量,3600万只美洲狮都是一只凶猛的美洲狮,但总有一天他会成为世界上最受认可的美洲狮。他将成为美洲狮的基因组,其他美洲狮的基因组可以与之进行比较,并用于测试各种进化和生态问题。”

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参考:“来自北部和南美洲的Puma基因组提供了近亲繁殖的基因组后果的见解”由Nedda F. Saremi,Megan A. Supple,Ashley Byrne,James A. Cahill,Luiz Lehmann Coutinho,LoveDalén,Henrique V.FigueiróWarren E. Johnson, Heather J. Milne, Stephen J. O’Brien, Brendan O’Connell, David P. Onorato, Seth P. D. Riley, Jeff A. Sikich, Daniel R. Stahler, Priscilla Marqui Schmidt Villela, Christopher Vollmers, Robert K. Wayne, Eduardo Eizirik, Russell B. Corbett-Detig, Richard E. Green, Christopher C. Wilmers and Beth Shapiro, 18 October 2019,自然通信
DOI:10.1038 / s41467-019-12741-1

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