非洲象最大规模基因组图谱发布:揭示历史连通性与当下遗传孤立风险

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一项发表于《自然通讯》的研究公布了迄今规模最大的非洲象基因组图谱。研究团队表示,非洲象群体历史在很大程度上由跨越非洲大陆的长距离迁徙与频繁基因交流塑造;但随着栖息地日益破碎,多个象群已出现遗传孤立的信号,并伴随可观测的遗传后果。

研究人员对来自17个非洲国家的232个全基因组样本进行分析,涵盖草原象与森林象。这也是非洲象被认定为两个独立物种以来,首次开展的大规模、覆盖大陆范围的遗传研究。为完成数据构建,团队使用了30多年前在既往遗传研究中保存于生物样本库的样本,并通过生物技术公司Illumina的iConserve项目生成高质量基因组数据。

研究结果显示,多个象群存在遗传隔离迹象。研究团队将其与狩猎历史,以及人口增长带来的农业扩张和基础设施建设需求联系起来,认为这些因素加剧了象群之间的空间分割。第一作者、哥本哈根大学与隆德大学助理教授Patrícia Pečnerová表示,直到最近,象群仍能跨越广阔距离保持联系,这种自由迁徙促进了遗传多样性;而当前部分群体正逐渐走向孤立。

在区域层面,研究指出非洲东北部厄立特里亚与埃塞俄比亚两处偏远地区的象群数量稀少且高度孤立,与其他象群距离超过400公里,并被人类定居点与农业区包围。研究人员在这些群体中观察到高度近亲繁殖、遗传变异性偏低以及轻度有害突变积累,意味着其对环境变化与疾病的脆弱性可能上升。

西非同样呈现象群孤立与数量下降的迹象。研究认为,当地高人口密度以及长期象牙贸易历史,使得遗传格局更为复杂。

研究还报告了草原象与森林象之间的基因交流。草原象与森林象在栖息地交汇的少数地区发生杂交已为人所知,但本研究发现,即便远离杂交区的草原象个体也携带少量森林象祖先成分。研究团队指出,这一现象可能与过去杂交区位置不同或象群迁徙导致的跨大陆传播有关,但目前尚无法确定。

在保护实践层面,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校高级作者Alfred Roca教授强调需谨慎解读物种间基因流动的意义。他表示,通过重建基因组历史,团队发现草原象与森林象在过去四百万年经历了不同的人口轨迹,整体遗传变异中超过85%来自两者之间的差异。基于这一历史,他指出物种间基因流动不太可能带来益处,并建议避免将杂交个体用于迁地保护;同时,草原象历史上的高连通性限制了区域分化,但南部、东部与西中非之间仍存在足够遗传差异,提示应避免跨区域迁地。

研究认为,象群遗传健康与连通性最终取决于其穿越景观的能力。团队以南部非洲卡万戈-赞比西跨境保护区(KAZA)为例指出,该区域跨越五个国家、覆盖52万平方公里,象群间保持较强连通性,遗传多样性相对丰富。研究同时指出,若缺乏生态廊道以及跨国与自然管理机构的协调,即便处于保护地内的象群也可能因遗传孤立而面临风险。

合著者、拯救大象组织保护主任兼大象危机基金主任Chris Thouless表示,研究显示两种物种间近期及古老杂交在其分布范围内较为广泛;同时,孤立且数量减少的草原象群体中出现近亲繁殖证据值得关注,尤其是本研究样本采集时间早于近年象牙盗猎高峰期。

研究团队称,这份基因组图谱除提供关于象群迁徙与历史的新信息外,也可作为保护部门的实用工具。项目已公开全部数据以支持后续研究与保护工作;同时,研究人员与拯救大象组织、圣地亚哥动物园野生动物联盟等合作伙伴正在开发可现场使用的DNA工具,用于监测野生象群。

乌干达Makerere大学教授、合著者Charles Masembe与Vincent Muwanika表示,通过识别不同群体单元与基因流水平,该研究可为栖息地管理、廊道保护与迁地决策提供依据;此外,相关基因组工具与数据也可支持野生动物法医工作,用于追踪被查获象牙来源,从而加强打击非法野生动物贸易的力度。


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