大熊貓是熊還是貓？歷史有多久了？聽說有兩種不同的大熊貓？為什么它吃竹子就能飽？為什么它們繁殖力這么低而瀕危？

近日，深圳華大生命科學(xué)研究院、浙江大學(xué)和中國(guó)大熊貓保護(hù)研究中心等單位聯(lián)合發(fā)布了大熊貓超高質(zhì)量基因組，其中熊貓秦嶺亞種基因組為首次發(fā)布，該研究還結(jié)合大熊貓群體數(shù)據(jù)對(duì)大熊貓?zhí)禺愋缘纳飳W(xué)特征進(jìn)行了深度探討。相關(guān)研究成果于Science Bulletin在線發(fā)表。

Science Bulletin網(wǎng)站截圖

大熊貓的演化歷史以及較小內(nèi)臟器官和低繁殖率的遺傳因素

現(xiàn)生的大熊貓分為兩個(gè)亞種——四川亞種和秦嶺亞種，兩個(gè)亞種分布在四川、陜西和甘肅三省交界的高山峽谷地區(qū)。四川亞種頭大而偏長(zhǎng)且嘴尖更像熊，而秦嶺亞種頭圓，嘴短更似貓。

本研究在染色體層次上組裝了迄今為止最為完整的大熊貓兩個(gè)亞種的基因組，且秦嶺亞種的基因組為首次組裝。本次的基因組組裝使得目前大熊貓的參考基因組在基因組片段的連續(xù)性（Contig）上提升了200倍。

基于超高質(zhì)量的2個(gè)大熊貓亞種的參考基因組，通過對(duì)秦嶺亞種和四川亞種的群體重測(cè)序研究，重新評(píng)估2個(gè)亞種的分化時(shí)間發(fā)生在距今約1.0至1.2萬(wàn)年前。結(jié)合目前已有研究報(bào)道，厘清了大熊貓800萬(wàn)年進(jìn)化歷史中4個(gè)主要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)：

（1）7-8百萬(wàn)年——2.4-2.0百萬(wàn)年前，由只吃肉，且身體只有狐貍大小的始熊貓，演化成為身體像野狗般大小，且主食竹子的小種大熊貓；

（2）2.4-2.0百萬(wàn)年——70萬(wàn)年前，由主食竹子的小種大熊貓演化成為比現(xiàn)代大熊貓的身體約大12.5%的巴氏亞種大熊貓；

（3）70萬(wàn)年——1.0-1.2萬(wàn)年前，主食竹子的巴氏亞種大熊貓演化為現(xiàn)代體型的大熊貓；

（4）1.0-1.2萬(wàn)年前，現(xiàn)代體型大小的大熊貓，分化形成2個(gè)獨(dú)立的亞種——秦嶺亞種和四川亞種。

繁殖率對(duì)于瀕危物種種群的復(fù)壯意義重大，大熊貓的瀕危除了人為原因的影響，低繁殖率也是重要原因之一。該研究通過比較基因組學(xué)的分析發(fā)現(xiàn)，大熊貓基因組上的DACH2基因調(diào)控元件特異性丟失，并在SYT6基因發(fā)現(xiàn)特異性位點(diǎn)突變。DACH2基因與生殖系統(tǒng)中米勒管的發(fā)育相關(guān)，其突變會(huì)引起卵巢早衰進(jìn)而會(huì)影響生殖。SYT6基因與精子的形成密切相關(guān)。因此，這可能是大熊貓這一物種的繁殖力比其它哺乳動(dòng)物低的重要原因。

進(jìn)一步比較四川和秦嶺兩個(gè)亞種，發(fā)現(xiàn)四川亞種IQCD基因受到強(qiáng)烈的正選擇作用，IQCD基因會(huì)影響精子生成及受精，已有研究顯示在不育的人群中該基因的表達(dá)量會(huì)偏低。這可能是四川亞種比秦嶺亞種具有較高繁殖力的原因之一。

大熊貓的DACH2基因的調(diào)控元件丟失情況示意圖

大熊貓是物種特異性進(jìn)化的典范，是唯一一種能夠靠吃竹子生存繁衍的食肉目動(dòng)物。殊不知大熊貓憨態(tài)可掬，萌萌懶懶的形象都是長(zhǎng)期適應(yīng)性進(jìn)化的結(jié)果，即最大限度降低能量代謝。大熊貓變小的內(nèi)臟器官亦是如此。該研究發(fā)現(xiàn)，大熊貓Hippo通路上諸基因的快速進(jìn)化和一些基因調(diào)控元件上的特異性突變位點(diǎn)，可能是導(dǎo)致大熊貓具有較小的內(nèi)臟器官，以便應(yīng)對(duì)食性改變和減少能量代謝的適應(yīng)性進(jìn)化的結(jié)果。

瀕危大熊貓的亞種分化、生殖基因調(diào)控元件的丟失和突變，以及內(nèi)部組織器官變小等物種特性，無不提示我們?cè)诋?dāng)前和今后的漫長(zhǎng)時(shí)期，均亟需恢復(fù)破碎化的棲息地，加強(qiáng)棲息地保護(hù)，并對(duì)人工繁殖的大熊貓子代進(jìn)行野化培訓(xùn)，放歸野外，改善種群的遺傳結(jié)構(gòu)，遏制小種群的衰退，使大熊貓能夠復(fù)壯并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。

Hippo通路調(diào)節(jié)器官大小。a.大熊貓中相對(duì)較小的內(nèi)臟器官（肝、腎、腦）；b.熊貓上Hippo通路上快速進(jìn)化的基因以及CNE元件。

“本研究是迄今為止組裝最好的大熊貓基因組，也是第一次提供了秦嶺亞種大熊貓的高精度基因組。為大熊貓的演化，繁育，保護(hù)等研究提供了重要的資源?！?本文的第一作者光宣敏和蘭天明表示。

其實(shí)，這不是華大第一次取得與大熊貓有關(guān)的科研成果。

2010年1月，《自然》（Nature）雜志以封面文章的形式刊登了深圳華大生命科學(xué)研究院（原深圳華大基因研究院）主導(dǎo)的大熊貓基因組測(cè)序成果，該研究的基因組樣品取自北京奧運(yùn)會(huì)的吉祥物大熊貓“晶晶”。

這是中國(guó)科學(xué)家第一次全面系統(tǒng)地對(duì)大熊貓基因組進(jìn)行測(cè)序研究，也是全球第一個(gè)基于短讀長(zhǎng)reads組裝的哺乳動(dòng)物基因組。

該研究進(jìn)一步支持了大多數(shù)科學(xué)家所持的“大熊貓屬于熊科動(dòng)物”的觀點(diǎn)，證明了熊科內(nèi)部各類群的分類情況。

2012年，由中科院動(dòng)物研究所和深圳華大生命科學(xué)研究院領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功重建了大熊貓從起源至今連續(xù)的種群演化史。研究結(jié)果表明：全球氣候變化是上百萬(wàn)年來熊貓種群波動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)因素，人類活動(dòng)有可能是近期熊貓種群分化和數(shù)量嚴(yán)重下降的重要原因。這一研究為評(píng)估和建立其他瀕危物種的保護(hù)方法提供了一個(gè)極好的范例。相關(guān)研究在《自然·遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志上在線發(fā)表。

編輯：李麗