2018-07-04
文案 | 动植物基因组事业部
濒危物种保护
是自然保护领域最重要的工作方向之一
估计中国的濒危物种
不少于现存物种数量的十分之一
所谓濒危物种，指生存和种群繁衍受到威胁、乃至濒临灭绝的物种。
基因组研究涵盖濒危物种的
进化和种群历史
揭示可能限制其生存的基因组特征
为有效保护提供了依据
应用全基因组de novo 测序
在测序、组装、注释的基础上，
进行变异检测、种群历史、比较基因组学研究
是研究濒危物种遗传特征的常用方法
物种基因组变异研究
许多小种群的濒危物种
具有较低的基因组杂合度
图 1 种群大小（横轴）与杂合度（纵轴）的相关性
因此杂合度是界定濒危物种的重要因素
沟齿鼩 是生活在加勒比群岛上的食虫动物，种群濒危，该属是哺乳动物中最古老的分支之一。
对沟齿鼩进行全基因组组装和比对
检测SNP和indel等变异位点
（使用软件：Bowtie2、SAMtools、Bcftools、VCFtools）
基于全部变异位点
计算SNV rate评估杂合度
SNV rate=observed SNVs/possible SNVs
结论：与其他哺乳类相比，沟齿鼩基因组杂合度低
证实了这一理论：
种群过小会更快的失去遗传多样性
图 2 沟齿鼩（黄色）与其他哺乳动物（绿色）杂合度比较
种群历史研究
袋狼 是澳大利亚现存最大的食肉有袋动物，在1.6亿年前与犬科动物有共同祖先，于1982年宣布灭绝。
对袋狼进行全基因组组装
使用MSMC程序的PSMCʹ算法
经过以下步骤：
Reads mapping
Exclude short and X-linked scaffolds
Parameter estimation
Bootstrapping
以3年为代时，以保守核型计算突变率
分析有效种群大小变化：
图 3 袋狼（黄）和袋獾（黑）的种群历史，Ne为有效群体大小，两者均在70~120ka经历的多样性的显著下降
基因家族分析
在组装和注释的基础上
基于全基因组单拷贝蛋白编码基因
应用PAML构建系统发育树
同时显示扩张/收缩的基因家族
图 4 大熊猫、小熊猫及六种哺乳动物的系统发育树，示分歧时间、扩张和收缩的基因家族
正选择基因鉴定
基于物种间同源基因
使用PAML的分支-位点模型（branch-site model）鉴定正选择基因
显示多组物种间比较的鉴定结果
图 5 不同检测策略下识别的正选择基因数目
趋同进化研究
大熊猫和小熊猫 分属食肉目下不同的科，但均进化出了特殊的竹食性和适应性的伪拇指，代表了一种典型的趋同进化模式。
对于趋同进化研究，可进行趋同氨基酸替换分析
即基于所有同源蛋白序列，分析物种间趋同氨基酸替换位点
经泊松检验和多重比较校正
对趋同氨基酸替换基因
与正选择基因取交集
这部分基因表明二者
经历适应性趋同进化
最后对这些基因进行功能富集分析（GO、KEGG注释等）
图 6 大熊猫和小熊猫间经历同源氨基酸替换的正选择基因
测序样品选取
一般动物样品采用组织、血液等
濒危物种也可选取标本材料
结合标本材料和现存个体样品分析,
可以更准确评估全基因组
多样性的减少、有害变异的积累等信息
参考文献
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