普氏原羚与藏原羚种间杂交与基因渐渗:保育与演化意义

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原羚属Procapra(鲸偶蹄目牛科羚羊亚科)有普氏原羚(P.przewalskii)、蒙原羚(P.gutturosa)、藏原羚(P.picticaudata)3个种,其中普氏原羚与藏原羚都分布于青藏高原。相对于同域分布的藏原羚而言,普氏原羚与蒙原羚的系统发育关系更近,其共同祖先与藏原羚分歧于3.43(2.39-4.61)Mya。普氏原羚分布于青海湖周边的13个片段化的生境中,包括湖东、克土、沙岛、甘子河、哈尔盖、塔列宣果、元者、生格、快尔玛、哇玉、切吉滩、然去乎、鸟岛,可划分为6个或以上遗传群组。普氏原羚种群长期受到栖息破碎化、生境质量退化、过度放牧、草原围栏等因素威胁,种群数量曾经不足300只,至2009年已恢复到1,500左右,被列为国家一级保护野生动物、IUCN濒危物种红色名录濒危级(EN)。藏原羚广泛分布于青藏高原大部分地区,其种群数量较大,但持续受盗猎、栖息地退化、过度放牧等威胁,已被列为国家二级保护野生动物、IUCN红色名录近危级(Near Threatened)。普氏原羚与藏原羚形态特征相似,食性重叠,生境选择类似,具有相似的行为特征和社群结构,其生活史周期也相同,都在12月至次年1月发情,于次年6-8月产仔,繁殖期雄性通过争斗获取交配权,由雌性抚育后代。这两种原羚在青海省天峻县生格乡同域分布。野外可观察到两种原羚在繁殖期的异种异性混合群,同时观察到了异种个体间的爬跨、交配行为。在西宁动物园圈养的普氏原羚曾与藏原羚发生杂交并产下后代,杂交后代与普氏原羚发生了回交。这说明普氏原羚与藏原羚之间可能没有严格的生殖隔离机制,种间杂交很可能也发生在野外种群中。  野外条件下,种间杂交可能与其它致危因子协同作用而增加濒危种的灭绝风险。对于种群数量小的濒危种来说,种间杂交导致遗传同化的风险大大增加,同时也浪费了有限的繁殖机会,威胁小种群的恢复。然而,种间杂交与基因渐渗也可能为种群带来高适合度的基因型,提高种群对环境的适应能力,或者形成新的种,增加种的多样性。为验证普氏原羚与藏原羚的野外种群是否发生了种间杂交与基因渐渗,探讨种间杂交对普氏原羚与藏原羚的演化与保护的影响,本研究使用了14个微卫星多态性位点以及441bp线粒体细胞色素b(Cytb)序列,通过聚类分析、构建系统发育树、模型模拟等方法检测杂交后代、评估基因渐渗的程度、推测种间杂交的历史演化过程。  剔除6个以上缺失位点的样品以及重复采样的样品后,本研究共获得232条普氏原羚与藏原羚的微卫星多态性位点数据,以及相应个体的221条Cytb序列。微卫星数据的聚类分析及Cytb序列构建的系统发育树都显示,普氏原羚与藏原羚属于不同的遗传类群。两种原羚的Cytb序列遗传差异为0.036。微卫星数据FST值为0.238,普氏原羚种群中检测出19个私有等位基因,藏原羚种群中39个私有等位基因。  在Structure V2.3软件中对微卫星位点数据进行聚类分析,检测出两个独立的遗传群组,共有7个个体的个体分配率在0.1-0.9之间,应属于混合基因组的杂交个体,其中,Ptg1和Ptg3来自塔列宣果种群,Psg18和Psg24来自生格种群,Pxz2、Pxz6和Pxz13来自西宁青藏高原野生动物园圈养种群。利用NewHybrids Version1.1执行的贝叶斯分析以及利用Genetix4.05执行的因子对应分析也检测出同样的7个杂交个体。线粒体Cyt b序列构建的系统发育树显示,除Ptg1未获得数据外,其他6个杂交个体的母系来源都是普氏原羚,说明这6个个体都是雌性普氏原羚与雄性藏原羚杂交的F1代或者F1代与普氏原羚回交的后代。  微卫星聚类分析中被判定为普氏原羚的4个个体(Pwy10、Phd13、Phd18和Phd29)在Cyt b序列系统发育树上与藏原羚聚类在一起,说明其母系基因组来源为藏原羚,可能是雌性藏原羚与普氏原羚杂交并持续回交的后代,这证明野外条件下普氏原羚与藏原羚的杂交后代可育,并且会导致藏原羚基因组向普氏原羚种群的基因渐渗。  本研究中,结合微卫星多态性位点数据以及线粒体Cytb序列,采用似贝叶斯算法对普氏原羚与藏原羚的种间杂交的演化历史进行模拟。共构建了4个模型,分别是无种间基因流模型(M1)、自分歧之后持续的种间基因流模型(M2)、分歧后经历了一段时间的生殖隔离后再次发生基因流模型(M3)、分歧后保持一段时间的基因流随后出现生殖隔离模型(M4)。在不同的检验参数下,模型M3的后验概率都最高,被选为最适模型,最贴近普氏原羚与藏原羚种间分歧与杂交历史演化过程。根据M3模型估算的模型参数后验概率分布显示,普氏原羚与藏原羚分歧于4.28(2.16-5.96)Mya,经历一段时间的生殖隔离之后,于2.26(200-4.52)Mya开始发生种间杂交,从普氏原羚到藏原羚以及从藏原羚到普氏原羚的种间基因流频率都很低,分别为8.08×10-6和9.31×10-6。  综上所述,普氏原羚与藏原羚的种间杂交现状如下:  1.野外条件下,普氏原羚与藏原羚的种间杂交和杂交后代确实存在。  2.普氏原羚与藏原羚的杂交后代可以存活并可与亲本发生回交。  3.普氏原羚与藏原羚的基因渐渗可能是单向的,只有杂交后代与普氏原羚的回交个体被检测出来,而没有杂交后代与藏原羚的回交个体。  4.杂交与基因渐渗发生在多个普氏原羚地理种群中,而不仅仅是生格地区。  5.普氏原羚与藏原羚的杂交和基因渐渗的频率低。  6.普氏原羚与藏原羚的杂交可能不是近期发生的,而是长期的演化事件。  本研究探讨了普氏原羚与藏原羚发生种间杂交的原因:1)普氏原羚与藏原羚种间分歧时间较短,以至于未能形成严格的生殖隔离机制;2)普氏原羚与藏原羚为异域成种,种间生殖隔离机制未能在自然选择的作用下加强,使得两个种在二次相遇之后更容易发生杂交;3)普氏原羚与藏原羚采用一雄多雌的繁殖策略,雄性争夺交配权而不需要抚育后代,使得雄性繁殖代价低。于是,两种原羚发生了种间杂交及基因渐渗。  由于检测到的种间杂交和基因渐渗的频率都很低,对于种群数量较大的藏原羚来说,杂交事件可能不会对种群生存造成很大威胁。但普氏原羚的种群数量小,多数种群的个体数不超过100只,并且基因组混合现象已经发生在已知的6个遗传群组中的4个中,如果在人类干扰、分布区扩散、气候变化等情况下种间杂交的频率增加了,那么普氏原羚种群很可能会因为基因同化、浪费繁殖机会、降低纯种个体出生率等因素而增加灭绝风险。因此,需要在采取保护措施恢复普氏原羚有效种群的基础上,持续监测两种原羚的种间杂交状态,防止普氏原羚种群因种间杂交而加速灭绝。
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