云豹基因組組裝和系統(tǒng)發(fā)育測試結果。組洞(一)MCL。察揭(B)云豹(左)和家貓(右)之間染色體排列的示云史Circos圖。比較包括氣相色譜含量(I)、豹的保護基因密度(II)、提供重復元件[III:短散在核元件(SINE)、信息IV:長散在核元件(LINE)和V:長末端重復(LTR)]，基因進化以及20kb滑動窗口中基因組共線性的組洞內部曲線。(Neofelis屬和Panthera屬的察揭系統(tǒng)發(fā)育重建和估計的分歧時間(每個節(jié)點附近的黑色數(shù))。擴展和收縮的示云史基因家族(紅色和藍色數(shù)字)顯示在每個分支附近。(D)通過50-kb滑動窗口測試的豹的保護新貓科動物每條染色體上基因組系統(tǒng)發(fā)育不一致的分布。不同的提供顏色代表(E)中所示的T0至T3的可變系統(tǒng)發(fā)育拓撲。(E)T0到T3的信息四個最頻繁滑動樹的拓撲結構，以及估計的基因進化發(fā)散時間。NNE，neo felis neo flosa；內奧菲利斯·迪亞迪·NDI；FCA，貓。(Neofelis與老虎[Panthera tigris (PTI)]、豹[Panthera pardus (PPA)]和獅子[Panthera leo (PLE)]之間的基因滲入試驗。不同的顏色標記了從1到6的六個“三元組”測試。信用:uux.cn/科學進展(2023)。DOI: 10.1126
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)（塔瑪拉西·吉萬達拉）：從生態(tài)學和形態(tài)學的角度來看，被稱為Neofelis nebulosa的云豹是一種獨特的大型貓科動物。由于人類有針對性的狩獵活動和棲息地的喪失，這些物種受到威脅。進化生物學家試圖通過有效的保護措施來理解物種的遺傳和進化。
在科學進展發(fā)表的一項新研究中，袁家慶和來自中國、美國和英國的生命科學、地球科學、自然科學、遺傳學和綜合生物科學的科學家團隊描述了對新貓科動物的全基因組、群體遺傳學和適應性進化的全面調查。
Neofelis屬出現(xiàn)在更新世，這與冰川引起的氣候變化相吻合，導致了稀樹草原和雨林的形成。
這些氣候結果導致了與云豹物種牙齒、色素沉著和尾巴發(fā)育中的基因功能相關的自然選擇。雖然人口下降和雜交導致遺傳多樣性減少，但有害的基因變異影響了物種繁殖，突出了有效保護努力的重要性。
大陸云豹
Neofelis nebulosa和Neofelis diardi是現(xiàn)存的兩種云豹，它們是構成豹亞科的五種大型貓科動物的近親。由于云豹高度適應樹上的生活方式，它們有寬大的爪子和長尾巴來保持平衡，靈活的腳踝可以頭朝下從樹上下來。這些物種擁有與身體大小比例最大的上犬齒，犬齒與劍齒貓的比例相似。盡管它們的上部犬齒很大，但云豹并不像劍齒虎那樣殺死獵物，而是用致命的頸背撕咬。
新貓科動物樹棲適應的基因組特征。(A)新貓科動物中具有適應性進化特征的基因。(B)在現(xiàn)存的現(xiàn)代貓科動物中，云豹的上犬齒長度與髁突基底頭骨長度之比最大。(C)在WNT-APC-β-連環(huán)蛋白途徑的模型中，正向選擇的APC基因在調節(jié)牙齒發(fā)育中是重要的。(D)在現(xiàn)存的現(xiàn)代貓科動物中，云豹的尾巴長度與頭部和身體長度的比例最高。(E)示意圖顯示了胚胎中與軀干(Oct4和Gdf11)和尾芽(Gdf11、Lin28、Hox13和TBXT)相關的關鍵基因，與大多數(shù)其他現(xiàn)代貓相比，Lin28和TBXT的特定突變基因可能會影響云豹長尾的發(fā)育。(F和MC1R中氨基酸置換的位置影響黑素細胞中黑素體形成的調節(jié)。ATP，腺苷5′-三磷酸；cAMP，腺苷3′，5′-一磷酸；PKA，蛋白激酶A；MITF，小眼癥相關轉錄因子。(H)基因MYSM1和GOLGB1的趨同進化與云豹和大理石貓的色素沉著形成有關。信用:uux.cn/科學進展(2023)。DOI: 10.1126
這些物種是南亞特有的，跨越喜馬拉雅山到巽他蘭。雖然被認為是一個單一種屬，但新貓科動物包括兩個物種。大陸云豹N. nebulosa分布于尼泊爾、印度、中國南部；以及目前生活在婆羅洲和蘇門答臘島上的巽他云豹。這兩個物種被列為易危物種，僅在熱帶森林中被發(fā)現(xiàn)——在過去的二十年中，它們經(jīng)歷了30%的棲息地喪失。
生成參考基因組
在這項研究中，袁和他的同事建立了大陸云豹染色體水平的參考基因組，以進行比較基因組學研究，旨在揭示兩個物種形態(tài)適應背后的基因組特征。他們重建了生物的種群歷史，以調查與古氣候變化有關的物種起源的種群瓶頸。
這項工作進一步強調了物種遺傳多樣性的減少和有害突變的積累，以了解野生和圈養(yǎng)物種的有效管理。
基因組數(shù)據(jù)
研究人員對雌性N. nebulosa和雌性N. diardi的基因組進行了測序，以了解云豹遺傳進化的歷史。該小組包括大陸云豹和家貓之間的基因組比較。然后，他們將N. nebulosa的基因組與三種Panthera物種(老虎、獅子、豹和家貓)進行比對，作為外群。
結果顯示，新貓科動物和黑豹之間的分歧發(fā)生在大約619萬年前。看來食草動物種群的快速多樣性導致了大型哺乳動物食肉動物的進化，包括豐富的食物來源。
該小組將Neofelis的分歧時間歸因于早更新世期間發(fā)生的冰川運動，當時收縮的雨林被熱帶稀樹草原和潮濕有限的熱帶森林所取代。系統(tǒng)發(fā)育學的結果表明，云豹與老虎、獅子和豹物種之間有很強的遺傳隔離，研究人員將這歸功于高度專業(yè)化的樹棲生態(tài)位。
云豹基因組中的森林適應
科學家比較了山地云豹和兩種小型貓科動物:家貓和亞洲豹貓。他們確定了云豹譜系中自然選擇的核心標志，以記錄新貓科動物和黑豹之間共有的單拷貝直向同源。
云豹展示了所有現(xiàn)存貓科動物中最長的上部犬齒，并保持了所有貓科動物中尾巴長度與頭身長度的最高比例。此外，該物種保持著云狀的標記，適合在密林的斑駁光線下偽裝。
云豹的繁殖衰退。(A)小提琴圖顯示了現(xiàn)存貓科動物物種的形態(tài)異常精子率(46)。每個violin圖上的黑色實線代表中值，藍色虛線代表頂部或底部四分位數(shù)。(B)頂體完整性的箱線圖。y軸代表頂體完整的比例(46)。彩色方框圖代表沿x軸的貓科物種。(C) Metascape條形圖顯示了289個高度有害的突變基因的頂級GO生物過程。(D)31個生殖基因的Metascape網(wǎng)絡富集分析(上)和DisGeNET中的富集分析(下)。(E)五種貓科動物的MHC基因簇中的基因組織。彩色方框表示三種不同類型的MHC基因(I類、III類和II類),沿著染色體按順序排列。紅色共線性曲線表示在云豹中丟失的基因(FLA-G和FLA-M)。信用:uux.cn/科學進展(2023)。DOI: 10.1126
生殖衰退
由于精子結構異常和畸形，遷地保護中的云豹表現(xiàn)出較差的繁殖成功率。科學家們注意到主要組織相容性復合體基因對免疫反應的影響及其與脊椎動物繁殖的關系。
云豹的遺傳多樣性
袁和他的團隊比較了云豹和其他貓科動物的平均雜合度，包括雪豹、非洲獵豹和伊比利亞猞猁。物種間極低的基因組雜合度和近親繁殖的嚴重性突出了跨物種保護努力的緊迫性。
科學家們通過調查20只山云豹的種群結構，進行了種群遺傳學和全基因組選擇性掃描測試。這些數(shù)據(jù)將豹子區(qū)分為兩個亞種，來自中國和東南亞的N. nebulosa和來自緬甸北部和印度的N. macrosceloides，盡管研究小組沒有觀察到這兩個亞種之間明顯的形態(tài)差異。
云豹的遺傳多樣性和近親繁殖。(A)不同貓科動物的平均雜合度。(B)與其他哺乳動物相比，這兩只云豹的全基因組雜合性水平(表S26中列出的圖像來源)，與保護狀況有關(國際自然保護聯(lián)盟瀕危物種紅色清單)。(C)比較兩種云豹和其他現(xiàn)存貓科動物的近親繁殖系數(shù)。****P < 0.001 (D)使用PSMC估算的全亞科物種有效種群規(guī)模(Ne)的歷史變化。灰色陰影框代表了希夏邦馬冰期(XG)、納伊錯冰期(NG)、第二次更新世冰期(PG)和最后一次冰期(LGM)。信用:uux.cn/科學進展(2023)。DOI: 10.1126
觀點
袁和他的同事們利用比較基因組學方法探索了山地云豹物種的遺傳適應，以確定云豹在樹棲生境中的功能。這項研究表明，物種之間的高水平近親繁殖導致了低水平的雜合性，這可能是由于古代冰河時期誘發(fā)的氣候變化限制了物種，而棲息地的持續(xù)惡化導致了高水平的近親繁殖和有害基因。
研究人員強調了采取緊急行動以確保大型貓科動物物種生存的必要性，并旨在利用遺傳結構和進化動力學的知識來保持野生和圈養(yǎng)的遺傳多樣性，以保護和恢復云豹物種。
作者:娛樂
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