提到老虎,大家都不陌生,作为猫科动物中最大的一员,老虎常常被人们称为“大猫”。但是,如果让你在5秒内说出5种及以上的老虎,你会如何回答?小编对同事进行了随机调查,大家提到了东北虎、华南虎、孟加拉虎、苏门答腊虎、白老虎、黑老虎、公老虎、母老虎、纸老虎......(好像哪里不对劲?)
其实,关于虎亚种的划分,数十年来学术界争议不断。近日,由中国学者领导的研究团队通过运用群体基因组学方法描绘了迄今为止最完整的虎演化史,解析了其自然选择和生态适应性的遗传基础,确认了现存虎应划分为孟加拉虎、马来虎、华南虎、东北虎、苏门答腊虎以及印支虎等6个亚种,由此解决了数十年以来关于虎亚种划分的争议,奠定了世界虎保护单元策略制定的科学基础。
北京大学生命科学学院、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北大-清华生命科学联合中心的罗述金研究组与来自美国、俄罗斯的合作团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Current Biology发表了相关论文,该研究将深刻改写全世界虎的亚种分类及保护格局,影响野生和圈养虎的保育策略的制定。
虎的物种形成时间大约在2-3百万年前,群体基因组学分析将现代虎的最近共同祖先追溯至距今大约11万年,之后在种群重新扩散过程中,在气候变化、栖息地隔离、遗传漂变和自然选择等因素共同作用下形成了现代虎6亚种的地理分布和遗传分化格局(Liu et al. 2018. Current Biology)。
全基因组测序来区分虎种群
虎(Panthera tigris )是野生动物保护领域最引人注目的物种之一。由于栖息地丧失、片段化和人为猎杀等因素,曾广泛分布于亚欧大陆的野生虎数量急剧减少至不足4000只,栖息地仅占其历史分布区不足7%,其中巴厘虎、里海虎和爪哇虎于上个世纪彻底灭绝,华南虎野外也已无踪迹,现存其余种群均处于濒危状态。“学术界对于虎亚种分类缺乏共识,在一定程度上阻碍了全球虎保护政策的制定和开展,因为不论是对野生亦或圈养种群的保育,还是栖息地的恢复,都需要基于对野生动物保护单元的理解和划分。”北京大学的罗述金说道。“本次研究从全基因组的角度,首次揭示了虎的自然史,为这一自然保护界明星物种的起源分布以及演化历程提供了强有力的基因组学证据。”此外,分布于不同地区的虎种群由于所处生态环境不同,面临着不同的自然选择压力,可能形成地域的适应性,而全基因组扫描其实也是寻找这些自然选择信号的唯一方法。
虎亚种各自经历了独特的进化过程
化石证据表明,虎作为物种早在两到三百万年前已经形成。而基因组证据则表明,所有现代虎的遗传多样性仅能追溯到距今大约11万年前,这意味着史前的虎种群曾经经历过数量减少的瓶颈时期。
基因组证据表明,虎在随着适宜气候的恢复而重新扩散至现今分布区之后,不同地域的种群之间基因流动非常低。尽管虎的整体遗传多样性较低,但是,不同地区的虎种群存在较大的差异,而不是一个融合均匀的大种群。这证明了,不同地区的虎各自经历了独特的演化过程而形成了亚种。研究人员表示,在大型猫科动物中,这是非常独特的。他们注意到,其他一些物种诸如美洲虎,地区之间的差异不显著,呈现出更加均一的分布格局。
ADH7基因显示出强烈的正选择信号
各个虎亚种由于分化时间并不长,形态学上的分化没有基因组层面这么明显。大致而言,东北虎体型较大,毛色较淡,而巽他群岛的苏门答腊虎则体型较小,皮毛颜色较深,条纹浓密。在项目开始之际,研究人员并不确定是否能从基因组中找到自然选择和地域适应性的证据。
“最后,我们出乎意料地发现,全基因组扫描探测到包含14个基因在内的7段基因组区域,可能携带着适应性演化的信号,”罗述金说道。
研究人员发现,最强烈的自然选择信号出现在苏门答腊虎种群,具体位置在一个包含ADH7基因的基因组区域,该基因已经证明与哺乳动物的体型大小相关。研究人员认为,这可能解释了苏门答腊虎体型较小,能量需求较低,所以,它们能够以岛上的野猪和麂子等较小型猎物为食,在这里生存下去。
这一新发现为虎亚种的划分提供了迄今为止最有力的遗传证据。“虎并不都是一样的。从演化的角度看,来自俄罗斯的与来自印度的虎不同。甚至,马来半岛与印尼岛屿的虎也不一样。” 罗述金解释道。野生动物保护的主要目标正是保护其遗传多样性,因为这意味着,种群在漫长的演化历程形成的对特定生态环境的适应性特征,也将得以延续。
研究人员指出,华南虎的遗传起源目前尚不明确,因为本研究仅用了一只来自动物园的华南虎样品。遗憾的是,这一亚种已经在野外灭绝了。研究人员正在对来自中国各地已知来源的博物馆标本进行研究,以填补这一虎演化史的空白。此外,他们还从博物馆采集了已经灭绝的里海虎、爪哇虎和巴厘虎标本以获取全基因组信息。
论文刊载于Cell Press细胞出版社旗下生物学旗舰期刊Current Biology(《当代生物学》)。
论文标题:
Genome-Wide Evolutionary Analysis of Natural History and Adaptation in the World’s Tigers
论文网址:
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(18)31214-4
DOI:
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2018.09.019
论文作者联系方式:
罗述金
北京大学
luo.shujin@pku.edu.cn
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