世界上有两种大熊猫？高质量大熊猫基因组带你解密国宝 | CNGBdb支撑发表科研成果速递

近日，深圳华大生命科学研究院、浙江大学和中国大熊猫保护研究中心等单位联合发布了大熊猫超高质量基因组，其中熊猫秦岭亚种基因组为首次发布，该研究还结合大熊猫群体数据对大熊猫特异性的生物学特征进行了深度探讨。相关研究成果于Science Bulletin在线发表。

本研究中大熊猫的全基因组测序数据和两个染色体水平的组装数据均已存储于国家基因库生命大数据平台（CNGBdb），项目编号为：CNP0000785。

*上述研究数据为受控数据。如有下载需求请向国家基因库数据受控中心(CDA)申请授权。

大熊猫的演化历史以及较小内脏器官和低繁殖率的遗传因素

发布大熊猫超高质量基因组

揭示秦岭和四川亚种分化时间

现生的大熊猫分为两个亚种——四川亚种和秦岭亚种，两个亚种分布在四川、陕西和甘肃三省交界的高山峡谷地区。四川亚种头大而偏长且嘴尖更像熊，而秦岭亚种头圆，嘴短更似猫。

本研究在染色体层次上组装了迄今为止最为完整的大熊猫两个亚种的基因组，且秦岭亚种的基因组为首次组装。本次的基因组组装使得目前大熊猫的参考基因组在基因组片段的连续性（Contig）上提升了200倍。

基于超高质量的2个大熊猫亚种的参考基因组，通过对秦岭亚种和四川亚种的群体重测序研究，重新评估2个亚种的分化时间发生在距今约1.0至1.2万年前。结合目前已有研究报道，厘清了大熊猫800万年进化历史中4个主要的时间节点：

（1）7-8百万年——2.4-2.0百万年前，由只吃肉，且身体只有狐狸大小的始熊猫，演化成为身体像野狗般大小，且主食竹子的小种大熊猫；

（2）2.4-2.0百万年——70万年前，由主食竹子的小种大熊猫演化成为比现代大熊猫的身体约大12.5%的巴氏亚种大熊猫；

（3）70万年——1.0-1.2万年前，主食竹子的巴氏亚种大熊猫演化为现代体型的大熊猫；

（4）1.0-1.2万年前，现代体型大小的大熊猫，分化形成2个独立的亚种——秦岭亚种和四川亚种。

找到大熊猫繁殖率低的遗传基础

为国宝保护提供新思路

繁殖率对于濒危物种种群的复壮意义重大，大熊猫的濒危除了人为原因的影响，低繁殖率也是重要原因之一。该研究通过比较基因组学的分析发现，大熊猫基因组上的DACH2基因调控元件特异性丢失，并在SYT6基因发现特异性位点突变。DACH2基因与生殖系统中米勒管的发育相关，其突变会引起卵巢早衰进而会影响生殖。SYT6基因与精子的形成密切相关。因此，这可能是大熊猫这一物种的繁殖力比其它哺乳动物低的重要原因。

进一步比较四川和秦岭两个亚种，发现四川亚种IQCD基因受到强烈的正选择作用，IQCD基因会影响精子生成及受精，已有研究显示在不育的人群中该基因的表达量会偏低。这可能是四川亚种比秦岭亚种具有较高繁殖力的原因之一。

大熊猫的DACH2基因的调控元件丢失情况示意图

内脏器官适应性变小，或与基因有关

大熊猫是物种特异性进化的典范，是唯一一种能够靠吃竹子生存繁衍的食肉目动物。殊不知大熊猫憨态可掬，萌萌懒懒的形象都是长期适应性进化的结果，即最大限度降低能量代谢。大熊猫变小的内脏器官亦是如此。该研究发现，大熊猫Hippo通路上诸基因的快速进化和一些基因调控元件上的特异性突变位点，可能是导致大熊猫具有较小的内脏器官，以便应对食性改变和减少能量代谢的适应性进化的结果。

濒危大熊猫的亚种分化、生殖基因调控元件的丢失和突变，以及内部组织器官变小等物种特性，无不提示我们在当前和今后的漫长时期，均亟需恢复破碎化的栖息地，加强栖息地保护，并对人工繁殖的大熊猫子代进行野化培训，放归野外，改善种群的遗传结构，遏制小种群的衰退，使大熊猫能够复壮并实现可持续发展的长远目标。

Hippo通路调节器官大小。a.大熊猫中相对较小的内脏器官（肝、肾、脑）；b.熊猫上Hippo通路上快速进化的基因以及CNE元件。

“本研究是迄今为止组装最好的大熊猫基因组，也是第一次提供了秦岭亚种大熊猫的高精度基因组。为大熊猫的演化，繁育，保护等研究提供了重要的资源。” 本文的第一作者光宣敏和兰天明表示。

补充阅读

2010年1月，《自然》（Nature）杂志以封面文章的形式刊登了深圳华大生命科学研究院（原深圳华大基因研究院）主导的大熊猫基因组测序成果，该研究的基因组样品取自北京奥运会的吉祥物大熊猫“晶晶”。

这是中国科学家第一次全面系统地对大熊猫基因组进行测序研究，也是全球第一个基于短读长reads组装的哺乳动物基因组。

该研究进一步支持了大多数科学家所持的“大熊猫属于熊科动物”的观点，证明了熊科内部各类群的分类情况。

2012年，由中科院动物研究所和深圳华大生命科学研究院领导的研究小组成功重建了大熊猫从起源至今连续的种群演化史。研究结果表明：全球气候变化是上百万年来熊猫种群波动的主要驱动因素，人类活动有可能是近期熊猫种群分化和数量严重下降的重要原因。这一研究为评估和建立其他濒危物种的保护方法提供了一个极好的范例。相关研究在《自然·遗传学》（Nature Genetics）杂志上在线发表。

参考文献

Guang X , Lan T , Wan Q H , et al. Chromosome-scale genomes provide new insights into subspecies divergence and evolutionary characteristics of the giant panda[J]. Science Bulletin, 2021.