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测序拯救狐猴

Illumina和圣迭戈动物园野生动物联盟(San Diego Zoo Wildlife Alliance)目标远大,试图在基因组数据的帮助下保护该物种

测序拯救狐猴
2021年10月29日

20世纪60年代,为了保护一种稀有的灵长类动物,圣地亚哥动物园 启动了一项成功的马达加斯加红领狐猴(varecia rubra)育种计划。在完成其内部研究工作后,动物园还选择冷冻来自亲本及其后代的部分细胞,并将它们储存在一个名为 Frozen Zoo的设施中。早在人类基因组计划、新一代测序甚至个人计算机普及之前,该动物园团队已经有了储存活细胞和其他遗传材料的意识。圣地亚哥动物园野生动物联盟(SDZWA) (SDZWA)的博士后研究员Tim Eppley说:“这些资源只有圣地亚哥动物园才有,他们如此有远见,在还不知道能用这些材料做些什么的时候就开始收集样本,这非常令人难以置信。”

现在,SDZWA、Illumina iConserve计划以及西班牙和马达加斯加的大学正在合作组装首个完整的高质量红领狐猴基因组,并评估遗传多样性和种群连通性如何随时间而变化。这一独特项目将帮助我们理解我们能为保护地球上最濒危的哺乳动物做些什么。

根据国际自然保护联盟(IUCN)的数据, 113种已知狐猴物种中有98%正濒临灭绝。群体数量尚不完全清楚,但狐猴科的几个种确实有准确的数量。例如,现在只剩下19只北鼬狐猴,它们生活在一块非常小的区域内。

狐猴是马达加斯加的特有物种,马达加斯加是印度洋上的一个岛屿,距离东非海岸800英里。Eppley说:“马达加斯加常被称为第八大洲,因为那里的一切都是独一无二的,在地球上其他地方都不存在。但马达加斯加的原始森林只剩下不到10%。这是曾经所占面积非常小的一部分。””

红领狐猴和马达加斯加的树木存在相互依存的关系。因为狐猴主要以水果为食,所以它依靠森林中的树木生存。反过来,狐猴不仅帮助传播种子,而且它们粪便中的种子更易存活。Eppley说:“狐猴是森林中的园丁。它们对于马达加斯加的许多植物物种发挥着极为重要的作用。”

摄影: Tim Eppley | 圣地亚哥动物园 (above)

但狐猴在自己的生活环境中面临着很多挑战。狐猴是典型的母系社会。当它们出行时,由雌猴带路。因此如果猎人设置陷阱,雌猴将首先被捕。Eppley说:“这导致了这些种群中严重的性别失衡。如果最后雄猴数量多得多,将不利于种群增长。”此外,绝大多数狐猴每年只能在一个48至72小时的时间段内受孕。如果飓风或其他气象事件打断了它们受孕的机会,那么它们这一年都可能无法繁殖。“即使只有一次气象事件也能把整个事情搞砸。”

利用基因组学帮助保护狐猴
SDZWA正领导一项有史以来对狐猴物种进行的最全面的研究。他们收集了73只野生或圈养狐猴(大部分是红领狐猴)的样本,这些狐猴的出生年份为1959年至今。这些样本来自Frozen Zoo、合作大学和马达加斯加国家公园,样本形式有血液、组织、冷冻细胞和粪便。

今年初,动物园将样本送到Illumina实验室测序。我们随后将数据送到西班牙巴塞罗那的生物进化研究所,由Pompeu Fabra大学的博士生Marc Palmada Flores进行基因组组装。Flores说:“我非常期待看到基因组组装如何帮助保护这一特殊的狐猴物种,并开展更多真正的野外研究,其中重测序数据将有助于更好地理解物种状态。”

一只红领狐猴在Masoala, Madagascar. | 摄影: Tim Eppley

Flores正在组装红领狐猴新的、高质量的参考基因组,以及黑白领狐猴和其他6个狐猴物种的参考基因组草图。

在参考基因组组装完成后,它们将被发送给SDZWA的研究员Aryn Wilder博士,后者将用高覆盖度的基因组重测序数据进行比较基因组学分析。Wilder说:“其中一些样本是50多年前收集的,它们可能反映了大面积砍伐森林之前健康种群的多样性。”Wilder希望这些信息能够为基因组侵蚀发生的程度提供一个指标。这将有助于用有限的资源最大化地保留剩余的多样性。“这些数据也是为非侵入性样本(例如粪便样本)设计捕获芯片的跳板,可用于解决这些物种相关的行为和生态学问题。”

参考基因组也将为动物园的育种活动提供信息。Wilder说:“这些数据将帮助改良谱系,更好地管理圈养种群。谱系有助于选择育种亲本,最大限度地减少近亲繁殖,保持遗传多样性。”

纪念狐猴
世界狐猴日(2021年10月29日)是一个2014年始于马达加斯加塔那那利佛的节日。现在,全世界都在纪念这一节日,以唤起人们对狐猴困境的重视,吸引生态游客前往马达加斯加。

Tim Eppley将在三周后返回马达加斯加。在那里,除了与当地大学合作,他还将管理一个团队,他们对狐猴计数、戴上项圈、收集粪便,并评估栖息地条件。他们研究不同地区的树木多样性,试图发现可能存在的任何捕猎压力,有时会找到陷阱,甚至子弹壳。

Eppley的很大一部分工作是与马达加斯加当地机构例如Groupe d’ étude et de recherche sur les primates(GERP)合作完成的。马达加斯加的学生带领团队前往非常偏远,从未进行过调查的区域。这些团队人员一般是从最近的村庄雇佣的,培训他们数据收集技术,提供就业和短期经济救济。Eppley说这些钱比他们在外工作挣得多,因为当地90%的人口生活费低于1.90美元/天。

由于贫困和政治不稳定,森林正在迅速消失。“当地人明白森林对于获得纯净的水、灌溉农田和保护动物很重要。他们更愿意拥有森林,但许多人被迫砍伐森林,因为他们需要腾出土地种植水稻,或者需要开垦土地以谋生。他们需要木材建造房屋或捕鱼的船只。因此,我们需要在这些地区提供替代经济来源。”

摄影: Tim Eppley

马达加斯加人有强大的经济动机保护这片土地,以吸引游客。Eppley相信,马达加斯加人可以团结起来共同努力,野生动物将因此受益。“我对狐猴的期待是可以继续看到种群增长,我们将建立走廊和缓冲区,培育森林,以便狐猴有更多生存空间。这样,当地人将努力保护这些区域,因为这会促进旅游业发展。我对马达加斯加的期待是出现转变,就像我们在哥斯达黎加看到的那样。”

哥斯达黎加实现这一转变用了超过15年,付出了一整个村庄的努力。

采取了诸如Illumina iConserve计划这样的举措,联合全球社区,加速环境和野生动物保护。

Illumina实验室服务部副主任Karine A. Viaud-Martinez说:“基因组学已成为本世纪帮助保护生物多样性和确保地球健康的有力工具。我们相信,Illumina在推动一些关键计划并确保工具和数据对任何人可及方面具有独特的优势。”

iConserve的一些工作包括推动对各种物种的比较基因组学研究,这为在野生和圈养群体中登记生物多样性提供了结构。这将最终支持有关物种保护和管理的决策。

 

如需了解有关大西洋宽吻海豚测序的相关信息, 请点击此处

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