Science advances丨堪忧!西藏特有山猫基因已遭家猫渗入

Science advances丨堪忧!西藏特有山猫基因已遭家猫渗入
...

家猫是当今最受欢迎的宠物之一。之前的研究表明,古代猫的驯化恰逢早期农业和文明在肥沃的新月地区兴起,并随后扩展到世界各地。中国山猫,也被称为中国沙漠猫或中国草原猫,于1892年首次被描述为一个独立的物种。它在青藏高原有限分布,是中国唯一的野生猫科动物。作为世界上最古老的文明中心之一,中国已经参与或产生了许多家养动物品种,包括狗和猪。在中国山猫盛行的青藏高原,当地家猫大多是自由放养的,其对野生同类的影响堪忧。

【免费参加 | SEO网上研讨会】如何免费提升网站排名同流量?而家登记仲加送SEO网站表现分析报告!
Sponsored by New iMedia Solutions Limited

2021年6月23日,北京大学生命科学学院、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北大-清华生命科学联合中心的罗述金课题组以及作者在《Science Advances》发表了题为Genomic evidence for the Chinese mountain cat as a wildcat conspecific (Felis silvestris bieti) and its introgression to domestic cats的研究论文。该研究通过基因组学和群体遗传学的证据,揭开了中国家猫的驯化史,并对中国山猫和家猫的基因交流问题进行了解答。


...


样品采集

该研究收集了来自中国23个地点的239个远交家猫个体的血液、组织或唾液样本,采样地点包括在中国山猫核心分布区地内(3个)、分布地外(3个)、远离核心分布地点(17个),以及4个来自来自新疆的亚洲野猫样品,27个来自中国青海、甘肃和四川的青藏高原上的野猫。(图1A)

利嘉阁按揭 白居二上会帮你手,赚尽白居二特高按揭回赠最高达1.7%
Sponsored by 利嘉阁按揭代理


...


单倍型分析初步证实基因渗透事件

基于部分线粒体DNA(mtDNA)和Y染色体测序,对所有样本进行了多基因座筛选,基于这两个标记的统计简约网络揭示了三个不同的簇,分别是家猫(F.s.catus),亚洲野猫(F.s.ornata)和中国山猫(F.s.bieti)(图2A)。对255个样品扩增了一个2620bp的mtDNA片段,跨越ND5、ND6和CytB,以区分250个样本中的106个可变位点和52个独特的mtDNA单倍型。研究人员从103只公猫的DBY7SMCY7中组装了两个Y染色体片段,并基于串联的1015bp序列中的6个缺失突变(Indels)和单核苷酸突变(SNV),在91个样本中发现了3个独特的Y单倍型,每个单倍型代表研究中三个猫科动物分类群中的一个。Y染色体单倍型网络显示野猫和家猫之间存在父系渗透(图2A)

Place A Bag On Your Car Mirror When Traveling
Sponsored by Worldemand


Y染色体和线粒体基因系统发育分析揭示共同祖先

研究人员用55个具有代表性的样本(8个中国山猫、1个亚洲野猫和46个家猫)进行Illumina双端测序,随后以6.8至15.1倍的覆盖率为其中51个样本生成有丝分裂基因组和全基因组(WGS)数据。基于线粒体序列的系统发育推断,所有的分类群(包括亚洲野猫(F.S.ornata)、欧洲野猫(F.S.silvestris)、中国山猫(F.S.bieti)以及包含所有家猫(F.S.catus)和非洲野猫(F.S.lybica)的单倍群)聚为一个单独的野猫(F.silvestris)分支,而亚洲野猫(F.S.ornata)位于该分支内的基本谱系(图2B)。


在基于常染色体SNV和平均基因组发散矩阵的邻接树中,中国山猫和亚洲野猫形成了一个在家猫辐射之前早期分裂的分支(图2C)。另外,所有的系统发育推论都将中国山猫归入野猫亚种分支。基于mtDNA或Y染色体数据的系统发育分析表明,来自中国的家猫与世界其他地区的家猫没有什么区别,因此支持它们起源于非洲野猫的一次驯化事件。然而,所有来自东亚的家猫,包括来自中国和韩国的家猫,在常染色体系统发育中形成了一个单系群,因此表明最近东亚家猫之间存在联系(图2C)。此外,基于有丝分裂组和Y染色体序列的贝叶斯合并分析都估计了家猫、山猫和野猫的最近共同祖先大约在150万年前的中更新世(图2)。

Want To Learn A Language In 2021?
Sponsored by Babbel


...


主成分分析表揭示山猫和家猫的基因交流

从中国山猫到家猫的遗传渗入常染色体中性SNV的主成分分析(PCA)检测到三个进化枝之间的强信号分配(图3A)。第一个PC(PC1)将黑足猫(F.nigripes)与其他野猫分类群区分开来。中国山猫、亚洲野猫和家猫沿PC2分离。PC3揭示了家猫的进化枝内基因组多样性。将中国家猫与其他全球猫种群隔离开来。常染色体中性SNV的ADMIXTURE贝叶斯分析将72只猫分为四组,其主要基因组隶属关系与黑脚猫、中国山猫、中国家猫或全球家猫相关(图3B)。值得注意的是,来自四川和青海中国山猫核心区域的家猫携带约10%的野猫血统,表明从中国山猫到其同域家猫的广泛基因渗入。


统计估计基因渗入的程度与地理关系

D统计评估了中国山猫和中国家猫之间的遗传混合程度,f统计量和f4比率测试结果量化了每只家猫中野猫基因渗入的水平(图3C)。总体而言,中国山猫的基因渗入对家猫的影响仅限于青海、四川、甘肃等地区,随着远离山猫的核心分,野猫混合物在家猫中的比例逐渐降低。


为了确定在同域家猫中观察到的基因渗入是最近引入的还是来自种群中保存的古老信号。在诊断SNV的基础上,10只家猫中的6只中鉴定出具有中国山猫血统的大型连续基因组片段,这表明最近中国山猫和家猫之间可能发生杂交事件,因为野猫染色体上的长程连锁不平衡(LD)并未被重组完全破坏。


...


追溯山猫和家猫的杂交年代

根据ALDER中计算的LD衰减程度,将中国山猫与其在西藏地区的同域家猫种群联系起来。结果表明估计但杂交发生在大约7.42代之前(图4A)。以家猫2年的世代时间计算,中国山猫与青藏高原家猫的杂交发生在大约15年前。研究人员还在另一个杂交种群中检测到了一个显着的混合信号,估计是30.72代或大约62年前。(图4B)


...


成对序列马可夫共祖分析(PSMC)模型表明,中国山猫和亚洲野猫在1到2百万年前显示出适度的种群扩张(图5A),然后是持续的、逐渐的下降。以家猫的基因组多样性为代表的非洲野猫的有效种群规模(Ne)在10至40万年前急剧上升早(更新世中后期),这可能反映了古代范围的扩张和/或人口的增长。


使用基于推断种群统计模型的一个贝叶斯方法(G-PhoCS)估计了野猫、山猫和家猫之间的种群分化时间和迁徙情景,黑足猫作为时间校准的外群(图5B)。使用基于常染色体系统发育的给定拓扑(图2C),分别对一只山猫和一只家猫进行了12个独立的分析。结果表明,家猫和中国山猫的杂交发生在近期,因此,家猫和中国山猫的遗传影响程度因个体而异。


...

结语

这项研究从全基因组的角度揭示了东亚野猫和家猫谱系的遗传、种群结构和进化历史。基因组分析证实,中国山猫是青藏高原东部特物种,并属于亚洲野猫的一种。另外,该研究结果还支持中国的家猫来自于非洲野猫驯化的单一近东起源。中国家猫基因深入山猫基因仅发生在局限的范围内,混合的时机恰逢20世纪中叶藏区大规模的社会经济变化。这一过程可能导致家猫向该地区扩张,并表明家猫到达高原的时间较晚,因此没有遇到山猫直到最近。日益丰富的本地家猫种群可能对中国山猫构成威胁,并危及其遗传完整性和对高海拔的进化适应,这是一个具有深远保护意义的问题。




end


注:本推文首发“科研日精进”公众号