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遗传多样性与动物灭绝的关系

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2024-09-21 19:43

遗传多样性（Genetic diversity）

广义概念：地球上生物所携带的各种遗传信息总和。这些遗传信息储存在生物个体的基因中，因此，遗传多样性就是生物遗传基因的多样性。任何一个物种或生物个体都保存着大量的遗传基因，因此，可被看作是一个基因库。

狭义概念：生物种内基因的变化，包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异，此外，遗传多样性可以表现为多个层次上，如分子，细胞，个体等。在自然界中，对于绝大多数有性生殖物种而言，种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型，而种群就是由这些具有不同遗传结构的多个个体组成的。

遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。一方面，任何一个物种都具有其独特的基因库和遗传组织形式，物种的多样性也就显示了基因遗传的多样性。另一方面，物种是构成生生物多样性，物群落进而组成生态系统的基本单元。生态系统多样性离不开物种的多样性，也就离不开不同物种所具有的遗传多样性。

对遗传多样性的研究可以揭示物种或居群的进化历史（起源的时间、方式），也能为进一步分析其进化潜力和未来命运提供重要资料，遗传多样性是保护生物学研究的核心之一。在2012年在墨西哥金塔纳罗奥州的城市Cancún（坎昆）举行的国际灵长类动物学会（IPS）中，一些灵长动物被列为濒危物种（下图1），了解动物遗传多样性降低的的因素对动物保护至关重要。

图1 部分濒危灵长动物

2017年，美国科学杂志《Science》刊登了“自然选择导致了旅鸽遗传多样的变化”一文（图2 最后一只旅鸽玛莎终老于美国辛辛那提动物园）。文中根据分子进化的中性模型推断出旅鸽应具有很高的遗传多样性，然而，旅鸽基因组初步分析显示，旅鸽群体的遗传多样性较低，这在分子进化的中性理论中被定义为群体剧烈变化而导致的结果。在一个大的群体中，中性选择对群体遗传多样性至关重要，受选择的位点可导致与其连锁的位点的多态性降低，中性选择将对物种的群体大小起重要作用。研究中通过旅鸽和斑尾鸽比较基因组学的分析，进一步研究自然选择对旅鸽种群大小的影响。

图2 最后一只旅鸽（玛莎）

在对旅鸽和斑尾鸽的遗传多样性的比较分析（图3）中发现：在选择的作用下，旅鸽的总体遗传多样性降低，但染色体的两端仍保留了较高的遗传多样性（这与鸟类染色体两端的重组较高有关）。虽然高速的适应性进化和纯化选择使得旅鸽从中受益，但遗传多样性的降低使旅鸽不能响应新的选择压力，使其生存困难，最终导致灭亡。

图3 旅鸽和斑尾鸽核苷酸多态性（π）分析

2018年，在美国加州大学的《Science》新作《基因选择位点预测迁徙鸟类气候驱动的种群衰减机制》中，气候的不断变化正在对地球上的生物多样性产生了重要的影响，文章中通过简化基因组的测序方式（RAD-seq）对分布在繁殖区域范围内的229份黄林莺进行其适应气候变化机制的研究。发现“最暖季节降水（BIO18）”是黄林莺在繁殖季节受到环境选择的重要因素之一，同时通过关联分析的方法（图4 GWAS关联分析），定位到了气候影响下“行为”相关性状基因DAD4和DEAF1。

图4 黄林莺GWAS关联分析结果

遗传多样性作为群体进化研究中的重点内容，对了解动物群体的遗传多样性，推断其在进化过程中种群扩张及衰减机制至关重要。

参考文献：

1.Christoph Schwitzer, Russell A. Mittermeier, Anthony B. Rylands.,et al. Primates in Peril:e World’s 25 Most Endangered Primates 2012–2014[M].

2.Gemma G. R. Murray, André E. R. Soares, Ben J. Novak.,et al. Natural selection shaped the rise and fall of passenger pigeon genomic diversity[J]. Science, 2017.

3. Rachael A. Bay, Ryan J. Harrigan, Vinh Le Underwood.,et al. Genomic signals of selection predict climate-driven population declines in a migratory bird[J]. Science, 2018.