2.2萬年前的大熊貓線粒體基因組揭示熊貓新譜系

最新 06-20

大熊貓作為瀕危動物保護物種，曾一度分布於中國南部與東南亞地區，覆域遼闊。而如今倖存的大熊貓只有位於陝西省、甘肅省、四川省的幾個不同的遺傳種群了。

基於現存大熊貓種群的基因重建可能無法準確描述這一物種的進化歷史，一直以來也沒有科學家從古代大熊貓化石提取到線粒體基因組或核基因組來提供新的線索。然而，Current Biology期刊近來發布的一項來自中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員付巧妹及其團隊主導、中國科學院動物研究所研究員魏輔文參與的最新研究為此帶來了改變。他們提取、捕獲和測序了一個2.2萬年前的大熊貓完整的線粒體基因組。該熊貓個體由團隊成員張穎奇與北京洞穴探險2014年在廣西樂業對大石圍天坑群進行古生物調查時，發現於慈竹坨洞（圖1-2）。這一古大熊貓個體生存的年代在末次盛冰期前後，可以說是迄今為止進行基因測序的最古老的大熊貓，也是第一個完整的古熊貓線粒體基因組。

在中國南方炎熱潮濕的氣候條件下，DNA 的保存非常困難，對這裡的古代樣本，特別是數萬年前的樣本進行基因重建更是舉步維艱。付巧妹實驗室這次能夠成功從末次盛冰期的大熊貓個體測序到完整的線粒體 DNA，主要得益於他們開發利用古 DNA 捕獲技術，使該骨骼材料中仍然存在的極其微量的 DNA 得以富集。

付巧妹及其團隊將慈竹坨洞個體的線粒體與138個現存熊科個體和31個古代熊科個體的線粒體進行比較分析，發現慈竹坨個體的線粒體 DNA 顯示相較於其他熊類而言，與現存大熊貓的遺傳關係最為親近；而大熊貓與其他熊類在1200-800萬年前擁有最直接的母系共同祖先。

然而，慈竹坨個體的線粒體顯示在現存大熊貓的線粒體序列變異之外，屬於另一不同的線粒體譜系，表明它所屬的種群與現存大熊貓的祖先分離且並存。該研究推斷慈竹坨個體與現存大熊貓的母系祖先們分離的時間可追溯到中更新世（22.7-14.4萬年前），遠遠早於現存大熊貓最直接母系共同祖先生存的年代（9.4-5.5萬年前）。

此外，他們還發現慈竹坨個體和現存大熊貓在線粒體編碼區之間有18個氨基酸序列變化，進一步證實慈竹坨的大熊貓個體擁有不同的線粒體譜系。這些氨基酸變化可能與其廣西的棲息地潛在相關，或是由於適應末次盛冰期氣候而顯示出的差異。

僅基於母系遺傳數據，古代大熊貓的歷史已呈現出比我們所知更多樣、獨特的面貌。然而，線粒體 DNA 提供的是一個基本數據點，核 DNA 因為經歷基因重組，將來自父母雙方的核 DNA 混合形成後代的核 DNA，則可以提供數以萬計的數據點，更能代表平均水平相關種群歷史。

該研究所取得的技術成果，表明獲取大熊貓的古核 DNA 亦指日可待，未來的這些數據將對準確研究大熊貓的進化歷史起到至關重要的作用。

該研究由中科院、國家自然科學基金委、美國霍華德·休斯醫學研究所資助。