鴞鸚鵡是紐西蘭特有的一種不會飛的鸚鵡。它體型大，通體綠色，以其獨特的貓頭鷹臉和蹣跚的步態而聞名。到1995年，該物種在全球只有51只，其中50只來自與世隔絕的斯圖亞特島，另一隻名為理查德·亨利的雄性個體來自已滅絕的大陸種群。理查德·亨利和39只斯圖亞特島鴞鸚鵡是1995年以來所有鴞鸚鵡的祖先。截至2021年，共有201只鴞鸚鵡倖存下來。由於數量極度稀少，它們近親繁殖水平提高，這導致自19世紀以來，鴞鸚鵡已經失去了70%-80%的遺傳多樣性。
9月8日，《Cell Genomics》上發表了一篇標題為“Population genomics of the critically endangered kakapo”的研究論文，該文介紹了脊椎動物基因組計劃(VGP)最早在染色體水平測定的基因組之一——鴞鸚鵡的參考基因組。並對斯圖亞特島的49只鴞鸚鵡和已滅絕的大陸種群進行了群體基因組學分析。結果表明，與大陸個體相比，現在島上鴞鸚鵡基因組中有害突變的數量減少了，這可能是近親繁殖的增加導致的基因漂移和有害突變清除的結果。
在末次冰期之後，島嶼和大陸的種群出現了分化
對90年代最嚴重種群瓶頸期的36個個體(理查德·亨利和35只斯圖亞特島的鴞鸚鵡)進行了染色體水平的基因組測序，以及對來自130年前的13個已滅絕的大陸種群標本進行基因組測序(圖1A)。該分析不包括倖存個體的現今存活後代。透過主成分分析確定了大陸種群和島嶼種群的遺傳差異(圖1B)。
為了跟蹤種群大小(Ne)隨時間的變化，作者進行了成對序列馬可夫共祖分析(PSMC)分析。結果表明從距今約3萬年前開始，大陸和島嶼種群都出現了急劇下降(圖1C)，此時恰好是末次冰盛期（LGM）的開始。在末次冰期末期（大概10000年前），鴞鸚鵡種群從15,000-20,000只下降到1,000-3,000只。進一步，用MSMC2軟體驗證，支援了上述結果(圖1D)。
據推測，鴞鸚鵡是500年前由毛利人或歐洲定帶入斯圖亞特島的，然而近似貝葉斯（ABC）分析表明大陸和島嶼種群分化時間卻是末次冰期的末期（圖1C，1D），即這種鸚鵡的近親繁殖歷史已有1萬年，但基因組仍然很健康。
島上的種群高度近親繁殖
自末冰期結束以來，斯圖亞特島的鴞鸚鵡由於捕食者的引入在過去150年裡急劇減少，常染色體全基因組分析表明，島嶼鸚鵡的個體雜合度顯著降低，此外，基於涵蓋所有個體的高質量變異資料集，作者發現近親繁殖導致島嶼種群純合子序列延長（FROH），島嶼種群基因組序列中有53%的的純合子序列（ROH）大於>100kb，但大陸種群中只有15%（圖2B）。並且，島嶼種群超長ROH(>2Mb)比例比大陸種群更高。總之，這種現象是最近幾百年低種群數量和近親繁殖導致的。
斯圖亞特島鴞鸚鵡的基因組中有害突變相對較少
為了驗證小群體受強漂移作用會導致有害突變負荷降低、有害清除增加。作者首先測量了個體突變負荷，即在嚴格進化限制下的位點衍生等位基因的數量，用基因組進化率圖譜(GERP)得分來預測其可能的有害突變。結果表明，斯圖亞特島的基因組中的突變載量比大陸鸚鵡低1.1倍(圖3A)。此外，在進化限制最強的位點上，有害等位基因數量的差異最為顯著，這與斯圖爾特島種群中有害突變的清除一致
第二，作者透過在15,699個編碼基因的註釋中識別變異來估計每個個體的突變負荷。結果表明，斯圖亞特島種群的高度有害(預計功能喪失[LoF])突變比大陸鸚鵡種群少1.9倍(圖3B)，平均而言，島嶼種群和大陸種群變異預測值分別為17.6和34.1(圖3B)。衍生等位基因比率(Rxy)也表明，島嶼種群的LoF和錯義突變更少(圖3C)，此外，大陸種群在雜合狀態下的LoF等位基因數量更多。這表明這些突變中的許多在純合狀態是有害的。作者還發現，與基因組的雜合部分相比，ROH內部的LoF等位基因數量明顯較少，不過這種差異在島嶼種群中較小，這表明重複近親繁殖可能促進了雜合LoF等位基因的去除。這也就是說，近親繁殖導致有害的突變被清除了。
為了進一步測試作者的結果是否與有害突變的清除一致，作者進行了正向模擬，概括了大陸和島嶼種群的歷史(圖4A)。模擬表明，大概在15000-20000年前，鴞鸚鵡從大陸種群分離以來，小種群和近親繁殖的導致了島嶼種群基因的淨化選擇，進一步導致了鴞鸚鵡多樣性的降低。
小結
作者的種群基因組分析表明，斯圖亞特島鴞鸚鵡是近親交配的，但比大陸種群有更低的突變負荷，這是因為隨機遺傳漂移導致了在島嶼種群數量減少之前頻率較低的等位基因的丟失，然而，雖然大多數有害等位基因在低頻下會因為隨機漂移而丟失，但有一小部分是固定的，這意味著有害等位基因的平均頻率不會改變。由於作者在斯圖亞特島種群中觀察到錯義和LoF變體的相對頻率降低(圖3C)，表明這可能是近親繁殖和淨化選擇的導致的，而島嶼種群ROH內外LoF等位基因減少進一步證明了這種推測。這表明，由於種群數量少，並且與大陸隔離，一代又一代的近親繁殖減少了LoF。
原文連結：
https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(21)00002-1
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