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      张健旭研究组利用种群基因组途径分析揭示褐家鼠大规模入侵新疆的过程

        褐家鼠(Rattus norvegicus)是全球性的家栖性害鼠,属于全球“十大入侵物种”。大约在300~500年前,这种鼠才从我国及周边地区逐渐扩散到欧洲、美洲、澳洲等地,也成功入侵了全球90%的岛屿,导致岛上至少60%鸟类和爬行类的灭绝。褐家鼠入侵新疆地区是近半个世纪以来比较典型的“生态入侵事件”,已给新疆居民的生活和生产造成广泛困扰,似乎并没有引起广泛关注。上世纪70年代末,首次在吐鲁番发现褐家鼠,到本世纪初期,褐家鼠几乎已经遍布新疆全境的160万平方公里。上世纪60年代兰-新段铁路的开通使京-新铁路全线通车,到70年代中期,在北京到新疆的火车上首次发现褐家鼠;70年代末又在吐鲁番大河沿火车站附近首次记录到地面种群,之后褐家鼠在新疆内地的迅速扩散也与各城市间的铁路修通有关;因此,很多人推测可能是北京到新疆的火车将华北褐家鼠带到了新疆。但是,40多年以来,褐家鼠入侵新疆的来源缺乏充分的科学证据,研究团队最近利用种群基因组的途径对新疆褐家鼠的入侵历史进行了分析。

        动物行为与化学通讯研究组张健旭研究员团队在北疆地区 “吐鲁番-乌鲁木齐-石河子-克拉玛依”500多公里沿线,采集代表着不同时期入侵的褐家鼠样品并进行全基因组重测序,再与全国其它褐家鼠主要地理种群进行种群基因组比较。研究人员发现,基于TreeMix构建的拓扑结构表明入侵新疆的褐家鼠种群来源于临近的西北褐家鼠种群;经典的贝叶斯聚类分析,主成分分析以及系统发育分析都表明新疆褐家鼠种群和原产地的褐家鼠种群之间存在显著的遗传分化,而且种群历史分析表明新疆种群在入侵新疆之前就已经开始与西北种群出现分离;遗传多样性的降低和高连锁不平衡说明在褐家鼠定殖事件中,遭受了强烈的种群瓶颈或奠基者效应;通过对新疆褐家鼠种群选择性清除区间的筛选,研究人员发现新疆褐家鼠中与脂代谢和免疫有关的基因可能受到了显著的自然选择;遗传混合分析显示新疆种群与其他群体间无明显基因流存在,说明其很可能是单源单次入侵。交通工具(火车,轮船等)是很多生物扩散的有效途径;同时,火车道和高速公路两侧往往形成很多动植物扩散入的廊道;结合研究人员现在的种群基因组分析进行推测:兰新铁路的修通形成了西北褐家鼠种群进入新疆地区的廊道,褐家鼠可以从地面逐渐进入新疆沿途的居民点,不一定只搭乘火车。

        褐家鼠已经成为新疆危害最严重的入侵生物之一,对农业,畜牧业,人类健康,生物多样性等都带来危害。新疆地区的生态系统结构简单,稳定性差, 脆弱易变,应该更加重视褐家鼠入侵的危害问题。过去,我们可能对褐家鼠的入侵过程和危害认识不足,缺乏科学的防范措施,致使褐家鼠在占国土面积1/6的新疆地区快速入侵,对当地居民生活和生产造成困扰。全世界已有300多将入侵褐家鼠成功清除的治理实例,比如在著名的阿留申“老鼠岛”(Rat Islands)实施的毒杀褐家鼠的生态修复措施。根据褐家鼠入侵新疆的特点和过程,有必要应采取适当的防治和修复措施。研究人员也计划进一步对河西走廊地区和南疆等地的褐家鼠进行研究,确定新疆褐家鼠的准确来源和适应进化的特点。

        研究成果近期发表在Frontiers in Zoology,该项工作主要由动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室张健旭研究组的陈毅、张瑶华等完成;研究工作得到国家基金委项目,科学院先导项目B和IPM国家重点实验室开放的支持。

        Yi Chen+, Lei Zhao+, Huajing Teng+, Chengmin Shi, Quansheng Liu, Jianxu Zhang* and Yaohua Zhang*. 2021. Population genomics reveal rapid genetic differentiation in a recently invasive population of Rattus norvegicus. Frontiers in Zoology (in press)

        文章连接:https://doi.org/10.1186/s12983-021-00387-z

      图1 乌鲁木齐市郊捕获的褐家鼠

      图2褐家鼠的采样地点分布

      图3不同褐家鼠种群的连锁不平衡衰减

      图4褐家鼠种群的历史及种群间的关系