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靠近亲繁殖清除有害基因鸮鹦鹉的这招能救濒危动物吗

来源:科技日报2021-09-30 10:10

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  一直以来,科学家们认为,近亲繁殖会导致各种先天性缺陷。这一现象在有性生殖的物种中普遍存在,而且有性生殖在进化上的重要意义就在于通过雌雄个体遗传信息(基因)的重组来增加物种的多样性。

  然而,近日发表在《细胞·基因组学》上的一篇论文发现了近亲繁殖对基因影响的新案例:瑞典和新西兰研究人员对新西兰斯图尔特岛上的鸮鹦鹉进行基因组测序时发现,在经历了1万年的孤岛隔离和近亲繁殖后,鸮鹦鹉有害基因突变的数量比主岛上的同类少。

  这一案例也证明了,近亲繁殖过程中,有害的基因突变可以被清除。这种清除机制的存在,真的能给濒临灭绝的物种带来新的生机吗?

  近亲繁殖 遗传疾病发生率增加

  “从群体遗传学的角度看,非近亲繁殖能最大程度地保持物种的基因多样性,有利于物种应对复杂多变的环境。”南开大学生命科学学院遗传与细胞生物学系特聘研究员赵绍伟解释说,这种现象的基因组合原理很简单,以人类为例,人类除了精子和卵子是单倍体细胞,其他细胞都是二倍体细胞。也就是说,人的每个基因基本上都有两份拷贝,一份来自父亲,另一份来自母亲。如果父母是近亲,有血缘关系,那他们的后代继承的这两份拷贝就有可能来自于共同的祖先,是相同的。而如果祖先的基因有缺陷,那后代继承的两份拷贝都存在基因缺陷的概率就会增大,出现各种疾病及生理缺陷的概率也就大大增加了。

  大部分遗传疾病都是隐性基因突变导致的,只有在该基因突变纯合时,个体才会发病。在杂合的状态下,个体正常。也就是说,只有在致病基因的两份拷贝都是坏的情况下才会发病,只要有一份正常就没事。

  著名的“王室病”血友病就是一种隐性遗传病,之前,欧洲王室为保持血统纯正而近亲通婚,导致血友病在王室成员中高发。此外,白化病、红绿色盲症等都是比较常见的隐性遗传病。

  “这也是现在世界各国几乎都立法禁止近亲结婚的原因,这个原理在其他有性生殖的物种中也是一样的。”赵绍伟说,亲缘关系比较远的两个个体交配,其后代基因重组的多样性会大大增加,有利于该物种的进化,也有利于增强种群对环境的适应能力。

  但有时候,人们为了让马、狗等宠物最大程度地保留其特有的基因,也会让它们近亲繁殖,以保证血统的纯正。

  “近亲繁殖有利于特有基因的延续,这是因为近亲繁殖会导致后代两个拷贝基因相同的概率大大增加,如果这个相同的基因是致病的,那就会导致遗传疾病;如果这个相同的基因不致病,而是会导致某种特有的性状,就会出现如马更高大健壮、鬃毛更光滑漂亮,一些狗看起来更可爱等情况。”赵绍伟介绍,通过近亲繁殖,尤其用纯种之间进行交配就更能延续这种特有基因及其决定的性状。但如果让具有这些优良性状的纯种个体与不具有这些性状的个体杂交,那这种特有基因就会处于杂合状态,性状表现不出来,时间长了就会丢失。

  长时间近亲繁殖 有害突变被清除

  前文所述最新研究针对的是一类特殊的鹦鹉,叫鸮鹦鹉。它们体重很大,不会飞。新西兰是由南北两个大的主岛和很多小岛组成的,研究者此次研究的是新西兰南主岛南面的一个叫斯图尔特的小岛上的鸮鹦鹉,由于这些鸮鹦鹉不会飞,不能跨过海峡,因此不能和主岛上的同类进行交配,长期处于被隔绝状态。

  研究数据显示,斯图尔特岛上幸存的鸮鹦鹉种群已经被隔离了大约1万年,其携带的有害基因突变比主岛上的同类少。这也证实,在此期间,有害基因突变被名为清除的自然选择过程消除了。

  科学理论认为,在小种群中,有害突变可能会累积,进而导致灭绝风险增加。但通过近亲繁殖暴露出来的有害基因突变,也可能通过自然选择消除,这一过程被称为清除。

  赵绍伟解释,其实清除的过程就是鸮鹦鹉在长时间的近亲繁殖过程中,有害基因突变有更高的概率在种群个体中纯合,进而导致个体生病、死亡被自然选择淘汰,这些有害基因突变随之消失。

  “近亲繁殖会大大增加这些有害基因突变在同一个个体中纯合的概率,即同一个个体的两个拷贝基因都是坏的的概率增加,进而促进这一清除过程。”赵绍伟说。

  保护濒危物种 增加物种多样性更靠谱

  对于此项研究的结果,研究人员似乎看到了保护处于极度濒危状态物种延续的新希望,他们认为,随着时间的推移,大量基因缺陷已经消失,高度近亲繁殖可能并不一定意味着该物种注定要灭绝。

  对此,赵绍伟并不是非常认同,他表示:“整体上看,近亲繁殖对于一个进行有性生殖的物种的延续是不利的。因为这除了会增加致病基因在个体中纯合的概率,进而减少种群数量外,还会大大降低物种的遗传多样性,不利于物种应对复杂多变的环境。”

  随着濒危物种种群数量的降低,近亲繁殖几率的增加,一定会有更多个体因遗传疾病、生理缺陷而被淘汰。比如出于人们对于纯种宠物的追求,人们会让宠物近亲繁殖而使得其血统越来越纯正,但是动物也会因近亲繁殖导致致病基因纯合的概率大大增加,一些著名的纯种犬有各种各样的遗传病,饲养起来更加“金贵”,而且这样的繁殖所伴随的是低成活率及高淘汰率。

  “应用这种清除的方式来消除有害基因突变的方法,最可能的结果应该是种群数量降低到最小阈值数量以下,进而导致整个物种灭绝。”赵绍伟认为,对濒危动物的保护还是要增加种群数量,尽量让物理和亲缘关系比较远的个体交配繁衍后代,避免近亲繁殖,增加物种多样性从而保护种群,这样的方法更靠谱。

  不过赵绍伟也表示,此项研究对于濒危动物保护和物种延续也有一定的积极意义,毕竟给出了近亲繁殖还有清除有害突变这一有利因素的一个实例,可以说是近亲繁殖百害中的一利。这些经过惨烈淘汰剩下的鸮鹦鹉应该更健康,用它们来和主岛上的同类交配对于恢复种群数量可能会有一定的帮助。(记者 陈 曦)

[ 责编:赵宇豪 ]
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