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中国南部2.2万年前大熊猫线粒体基因组揭示新的熊猫谱系
2018-06-18 | 编辑: | 【

  大熊猫作为濒危动物保护物种,曾一度分布于中国南部与东南亚地区,覆域辽阔。而如今幸存的大熊猫只有位于陕西省、甘肃省、四川省的几个不同的遗传种群了。     

  基于现存大熊猫种群的基因重建可能无法准确描述这一物种的进化历史,一直以来也没有科学家从古代大熊猫化石提取到线粒体基因组或核基因组来提供新的线索。然而,《Current Biology》期刊近来发布的一项来自中科院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员及其团队主导、中科院动物所魏辅文研究员参与的最新研究为此带来了改变。他们提取、捕获和测序了一个2.2万年前的大熊猫完整的线粒体基因组。该熊猫个体由团队成员张颖奇与北京洞穴探险2014年在广西乐业对大石围天坑群进行古生物调查时,发现于慈竹坨洞(图1-2)。这一古大熊猫个体生存的年代在末次盛冰期前后,可以说是迄今为止进行基因测序的最古老的大熊猫,也是第一个完整的古熊猫线粒体基因组。    

  在中国南方炎热潮湿的气候条件下,DNA的保存非常困难,对这里的古代样本,特别是数万年前的样本进行基因重建更是举步维艰。付巧妹实验室这次能够成功从末次盛冰期的大熊猫个体测序到完整的线粒体DNA,主要得益于他们开发利用古DNA捕获技术,使该骨骼材料中仍然存在的极其微量的DNA得以富集。    

  付巧妹及其团队将慈竹坨洞个体的线粒体与138个现存熊科个体和31个古代熊科个体的线粒体进行比较分析,发现慈竹坨个体的线粒体DNA显示相较于其他熊类而言,与现存大熊猫的遗传关系最为亲近;而大熊猫与其他熊类在1200-800万年前拥有最直接的母系共同祖先。    

  然而,慈竹坨个体的线粒体显示在现存大熊猫的线粒体序列变异之外,属于另一不同的线粒体谱系,表明它所属的种群与现存大熊猫的祖先分离且并存。 该研究推断慈竹坨个体与现存大熊猫的母系祖先们分离的时间可追溯到中更新世(22.7-14.4万年前),远远早于现存大熊猫最直接母系共同祖先生存的年代(9.4-5.5万年前)。    

  此外,们还发现慈竹坨个体大熊猫线粒体编码区之18个氨基酸序列变化一步证实慈竹坨的大熊猫个体拥有不同线粒体系。 些氨基酸化可能与其广西的栖息地潜在相关,或是由于适应末次盛冰期气候而显示出的差异。   

  仅基于母系遗传数据,古代大熊猫的历史已呈现出比我们所知更多样、独特的面貌。然而,线粒体DNA提供的是一个基本数据点,核DNA因为经历基因重组,将来自父母双方的核DNA混合形成后代的核DNA,则可以提供数以万计的数据点,更能代表平均水平相关种群历史。  

  该研究所取得的技术成果,表明获取大熊猫的古核DNA亦指日可待,未来的这些数据将对准确研究大熊猫的进化历史起到至关重要的作用。 

  该研究由中国科学院、国家自然科学基金委、美国霍华德·休斯医学研究所资助。 

  1  慈竹坨大熊猫化石 - 已完成线粒体全基因组测序(张颖奇摄、许勇修图) 

  

  2  慈竹坨洞 - 慈竹坨大熊猫化石的发掘地(张颖奇摄) 

  

  3 慈竹坨大熊猫样本的发现位置与其颅骨的计算机断层扫描图(A);大熊猫的线粒体系统发育图,从所有熊科物种的系统发育中扩展,表明其独特的线粒体谱系及与现存大熊猫种群在约18.3万年前拥有共同祖先(B)(图片来自原文

 
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◎ 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所
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