基于种群基因组的褐马鸡遗传多样性格局及其影响因素研究

Investigating the pattern and drivers of genetic diversity is of great importance to the conservation and management of endangered species. Brown eared-pheasant (Crossoptilon mantchuricum) is not only an endangered species that endemic to China, but also a vulnerable species that has been listed in the IUCN Red List of Threatened Species. In our previous studies, we have found this species has extremely low genetic diversity, but its population has increased during the last three decades, which is a rare phenomenon in endangered species and suggests Brown eared-pheasant might have experienced special selective power and demographic history. This project aims to combine high-throughput sequencing technology, population genetic theory, and bioinformatic analyses, using population genomic approaches to detect the pattern and drivers of genetic diversity of Brown eared-pheasant. The results of this project will deepen our understanding of conservation theory, and provide scientific evidence for making policy and conservation management of this endangered species.

深入研究生物的遗传多样性分布格局及其影响因素，对濒危物种的保护和管理具有重要意义。褐马鸡（Crossoptilon mantchuricum）是我国特有的一种珍稀濒危雉类，也是被IUCN列入濒危物种红皮书的全球受胁鸟类之一。在前期研究中，我们发现该物种具有极低的遗传多样性，但其野外种群数量却呈现快速增长趋势。这种现象在鸟类中极其罕见，暗示该物种可能经历了独特的选择压力并具有特殊的种群进化历史。本项目拟采用高通量测序技术，对褐马鸡各个地理种群进行系统的重测序，结合种群遗传学理论和生物信息学分析技术，利用种群基因组研究方法揭示其遗传多样性的分布格局，并探讨影响其遗传多样性的主要因素和作用机制。相关研究结果将有助于丰富保护生物学的相关理论，并为褐马鸡这一濒危物种的保护和管理提供科学依据。

物种逐步衰退以至走向濒危是环境和物种进化历史共同作用的结果。人类活动、栖息地破碎化和遗传多样性丧失是导致物种濒危的主要因素。目前，保护基因组学已成为探讨物种濒危机制的一种新手段，并在制定濒危物种的保护规划方面具有重要作用。通过研究受胁物种的进化历史动态与濒危过程，解析其种群波动历史和适应辐射过程，分析古代的气候、地质变化及人类活动等因素在物种濒危过程中发挥的作用，能够揭示物种濒危的原因和机制。分析遗传多样性的时空格局与进化潜力，在个体和种群基因组水平上评估其遗传多样性，有助于阐明濒危动物的系统地理格局、种群遗传结构、基因流状况及其进化潜力，进而为确定相应的进化显著单元、保护管理单元和优先保护区域以及制定切实可行的遗传多样性保护规划提供依据。本项目在长期野外生态学研究的基础上，使用高通量测序技术获取了褐马鸡参考基因组，并对褐马鸡三个种群的40只个体以及其近缘种蓝马鸡的11只个体进行了种群基因组分析。结果表明，与朱鹮、白尾海雕等濒危物种相比，褐马鸡具有更低的遗传多样性；各地理种群之间存在明显的遗传差异，且彼此之间几乎不存在基因流。进一步分析发现，褐马鸡三个地理种群均存在较为严重的近交，并积累了较多的有害突变。褐马鸡的有效种群大小在大约三万七千年前开始持续下降，并在近代明显加速，而与此同时我国汉族人口快速增多，表明褐马鸡的种群下降可能与人类活动的持续增加有密切关系。基于上述研究结果，我们认为人类活动干扰和栖息地破碎化是导致褐马鸡遗传多样性丧失的主要原因，我们呼吁应进一步减少保护区内的人类活动以促进褐马鸡野生种群的复壮。此外，我们建议采用基因组学技术来挑选出含有较少有害突变的褐马鸡个体进行褐马鸡种群间的基因交流，在褐马鸡的历史分布区开展再引入工作，以逐步恢复褐马鸡的遗传多样性和种群大小。