华南虎。 受访者供图

■本报记者 李晨

在虎年接近尾声之际，一项由中国科研团队主导的华南虎和东北虎的高质量基因组研究在《分子生态学资源》以封面文章形式发表。此前，另一个团队主导的孟加拉虎基因组也在预印本上发表。今年，共有3个虎亚种高质量基因组发表，占现存6个虎亚种的一半。

国际著名保护遗传学家Anubhab Khan指出，这是迄今为止最高质量的虎参考基因组之一，其组装质量甚至可与家猫的参考基因组相媲美，对未来虎的相关研究和保育工作具有重要意义。

顶级掠食者的悲哀

虎是欧亚大陆上最大的顶级掠食者，包括9个亚种。由于栖息地的丧失、破碎化和偷猎，所有虎亚种数量急剧下降，巴厘虎、爪哇虎和里海虎在20世纪40年代到70年代相继灭绝，现存虎亚种只剩下6个。

华南虎在所有虎亚种中处于祖先地位。但20世纪90年代末，它就被宣布在野外功能性灭绝，成为中国最濒危的动物之一。

论文共同通讯作者、深圳华大生命科学研究院研究员刘欢告诉《中国科学报》，中国现存200多只圈养华南虎，是仅6只野生虎的后代。虽然从种群数量、年龄结构和性别比例上看总体向好，但由于建群者数量过少及建群者繁殖贡献不均，近亲繁殖无法避免，直接导致种群的近交衰退。

Khan指出，虎不仅数量稀少、行踪诡秘，而且生存面临着各种各样的威胁。由于这些特征，虎相关的研究很难开展。不仅如此，虎还是一种地缘政治很敏感的物种。因此，很难完全按照保护遗传学中最理想的保护策略对它们进行保护和保育，进而更好地恢复种群。

在这种情况下，借助遗传学手段保护华南虎成为科学家的一个选择。

现存的6个虎亚种中的3个亚种拥有参考基因组，其中共有6个染色体水平的虎基因组，包括两个华南虎基因组、两个东北虎基因组和两个孟加拉虎基因组。此外，马来虎也有一个不错的基因组发表。

“这些基因组极大促进了人们对虎进化历史及未来如何延续和发展虎种群的理解，也有利于科学家开发更多的工具进行虎的保育和管理。”Khan强调，虽然目前已经发表了大概170个不同深度的虎全基因组测序数据，但在美国国家生物技术信息中心数据库中只有4个华南虎的全基因组数据。

为了追踪华南虎近亲繁殖历史并探索可行的遗传拯救策略，研究团队决定对华南虎和东北虎的高质量基因组进行系统比较，并对每个亚种进行小规模重测序。

东北林业大学教授徐艳春团队联合深圳华大生命科学研究院副研究员兰天明团队以及多个华南虎保护单位，采用多平台策略成功构建了染色体层级的华南虎、东北虎基因组序列图谱。“这是迄今为止质量最高和连续性最好的华南虎和东北虎基因组。”Khan说。

揭秘种群退化历史和近交程度

东北虎和华南虎是不同的亚种，之前有研究推断它们之间的分化时间是10万年前到6.5万年前。但研究人员通过基因组学分析发现，东北虎和华南虎分化时间大概在7000年前左右。

随后研究人员发现，两者分化之后，无论是华南虎还是东北虎，有效种群大小都一直处于下降状态。论文第一作者张乐说，近5000年，华南虎有效种群共经历了3个阶段的下降。第一阶段是从5000年前到1000年前，从1.47万只下降到200只；第二阶段是从1000年前到近100年；第三阶段是从1963年开始圈养到现在。

“造成这种下降趋势的原因可能是，华南虎种群当时已经呈破碎化趋势，形成多个相对隔离的小种群，各个小种群之间由于基因交流障碍、近交，以及人为捕杀和环境破坏等因素的共同影响，导致种群快速下降。”张乐对《中国科学报》说。

Khan指出，这次发表的高质量基因组对于准确评估种群近交程度非常关键，因为基因组上长的纯合片段是评估近交的重要指标，而这一指标的评估高度依赖基因组的连续性。

“研究发现，华南虎基因组中大量长的纯合片段都是近交导致的。” 论文共同通讯作者兰天明说，而且，华南虎种群中共享的长的纯合片段横跨了超过66%的基因组区域，这种近交的基因组信号要远远大于东北虎。

如何挽救华南虎种群

华南虎严重的近交导致了其基因组的纯合化。“而纯合化就会将本来基因组上有害但没有显现的隐性致病基因显现出来。这些有害的基因突变就是突变负荷。”论文通讯作者徐艳春说。

他们发现，华南虎整个基因组的突变负荷要明显高于东北虎，有趣的是，在长的纯合片段区域的突变负荷，华南虎却低于东北虎。这说明，华南虎在近交过程中将大量有害的突变负荷纯合化，纯合的突变负荷表现出较大的机体伤害，使其无法存活或繁殖，进而被从种群中清除。

“这个过程就叫作有害突变的净化作用，这种作用在很多小种群里可以检测到。但这是第一次在华南虎种群中检测到这种净化作用。”徐艳春说，这种净化作用主要通过携带者死亡和失去繁殖能力等来实现，这一发现解释了华南虎普遍存在的43%的幼子死亡、30%的成年雌性不能繁殖的现象背后的原因。

徐艳春指出，目前的华南虎种群全部个体都有血缘关系，突变负荷广泛存在于所有个体，任何配对繁殖都是近亲繁殖，因而会表现出持续的高死亡率、低繁殖率的状态。所以，“突变负荷的清除和净化并不能提高种群的安全性”。

Khan认为，此次发布的数据和现有的全基因组数据集，一定程度上支持寻找合适的虎亚种对华南虎进行遗传拯救。由于苏门答腊虎和东北虎有一定程度的本地适应性，孟加拉虎、马来虎和印支虎可能是进行遗传拯救的更好的候选亚种。

“从我们的基因组分析中发现，马来虎、印支虎、孟加拉虎的分布区在历史上本来就是相互连接的，它们一直存在或多或少的基因交流，而且不存在显著差异的适应，所以可能更适合作为遗传拯救候选亚种，但是仍然需要更多方面的考量。”徐艳春说。

此外，他们还发现170个华南虎特有的突变分布在繁殖、生长和发育相关的基因中。Khan认为，这些位点对于华南虎的保育极其重要。未来可以设计一些单核苷酸位点芯片用于圈养种群，避免这些位点遗传。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/1755-0998.13669