朊病毒基因变异的空间和时间模式与野生白尾鹿因慢性消耗性疾病而产生的选择压力相一致

《Ecology and Evolution》：Spatial and Temporal Patterns of Prion Gene Variation Are Consistent With a Response to Chronic Wasting Disease-Induced Selection in Wild White-Tailed Deer

CWD威胁北美鹿科动物，研究显示PRNP基因G96S变异与疾病状态相关，女性在空间分布上与CWD历史显著相关，且该变异频率随时间增加符合选择压力预测。

　　慢性消耗病（CWD）对鹿类动物构成严重威胁，并且近年来在北美地区呈现出逐渐扩散的趋势。CWD是一种致命的朊病毒疾病，也被称为可传染性海绵状脑病（TSE），其特点是较长的无症状期，随后出现神经退行性病变，最终导致死亡。这种疾病可通过受感染个体的唾液、尿液、粪便、血液和尸体等生物材料传播，并且这些朊病毒可在环境中存活多年，使得其传播更加复杂。在CWD流行区域，鹿群可能通过直接接触或间接的环境污染而感染，因此研究CWD的传播机制和遗传因素变得尤为重要。

CWD的遗传学研究主要集中在朊蛋白基因（PRNP）的变异上，因为PRNP基因编码的细胞朊蛋白在疾病的发生和进展中扮演着关键角色。不同基因型的个体可能表现出对CWD的不同易感性，这种遗传差异为研究CWD的进化适应提供了重要线索。在北美地区，已发现多种鹿类，如马鹿（MD）、白尾鹿（WTD）、麋鹿和驼鹿受到CWD的影响，而在欧洲，红鹿、驼鹿和驯鹿也受到影响。尽管目前尚无有效的治疗手段，但一些基因变异可能在一定程度上降低感染风险或延缓疾病进展。

本研究的重点在于探讨白尾鹿和马鹿中PRNP基因的变异是否与CWD感染状态有关，并分析这些变异在时间和空间上的分布模式。研究团队在加拿大阿尔伯塔省采集了2014年至2017年间马鹿和白尾鹿的样本，对PRNP基因进行了测序分析。在白尾鹿中，发现了14个单核苷酸多态性（SNP）位点，而在马鹿中则发现了8个。然而，马鹿的基因变异与CWD感染状态之间未发现显著关联。值得注意的是，在白尾鹿中发现了一个位于第286位的变异，该变异导致第96位的氨基酸从甘氨酸（G）变为丝氨酸（S），即G96S变异。这一变异与CWD感染状态存在显著联系，表现为96S等位基因在CWD阳性个体中较少见，而在CWD阴性个体中更为常见。对于CWD阳性个体而言，携带主要等位基因（G96/G96）的个体感染CWD的几率比携带次要等位基因（96S/96S）的个体高出7倍以上。

进一步对1612只白尾鹿进行测序后，研究团队分析了该变异在时间和空间上的变化趋势。结果显示，雌性白尾鹿中96S等位基因的频率与距离CWD首次发现的区域之间存在负相关，即距离越近，该等位基因频率越高。此外，96S等位基因的频率随着时间的推移而增加，这一趋势与基于选择系数的预期一致。这些结果表明，CWD的选择压力可能促进了96S等位基因在时间和空间上的频率上升，从而在一定程度上提供了对疾病的抵抗力，并可能延长了感染期。

研究还发现，96S等位基因在不同区域的频率存在显著差异。在CWD流行时间较长的区域，该等位基因的频率较高，而在流行时间较短的区域则较低。这表明，CWD的长期存在可能推动了更具有抵抗力的基因型在这些区域的扩散。与此同时，由于白尾鹿具有较高的迁徙性和复杂的社交结构，其种群之间的基因流动可能影响了96S等位基因的分布模式。例如，在一些地区，雄性白尾鹿的感染率显著高于雌性，这可能与雄性较高的活动性和社会互动有关。然而，这一性别差异的来源尚不明确，仍需进一步研究。

研究还探讨了基因型对CWD感染的潜在影响，并通过两种基因作用模型（加性模型和显性模型）进行分析。结果显示，加性模型在解释基因型与感染率的关系方面略优于显性模型，但两种模型均能有效反映数据趋势。在实验研究中，96S等位基因的携带者虽然未能完全抵抗CWD，但其感染的潜伏期更长，这表明该等位基因可能在一定程度上降低了感染风险。然而，由于样本数量有限，目前尚无法确定该等位基因是否在所有情况下都能提供保护作用。

研究团队还利用了地理信息系统（GIS）技术，对96S等位基因的空间分布进行了建模。结果表明，该等位基因的频率在不同野生动物管理单位（WMU）之间存在显著差异，且在CWD流行区域附近的WMU中频率更高。这进一步支持了CWD对基因型的选择作用，并提示该等位基因可能在某些地区提供了更显著的保护效果。此外，研究还发现，96S等位基因的频率变化与CWD的流行历史密切相关，表明其可能在应对疾病传播中发挥重要作用。

研究结果表明，尽管目前没有完全抵抗CWD的PRNP基因变异，但某些基因型可能在降低感染风险或延缓疾病进展方面具有优势。这些基因型的频率变化反映了CWD对鹿类种群的持续选择压力，可能意味着在未来的CWD流行区域中，96S等位基因的频率将进一步上升。这种趋势不仅影响了个体的健康状况，还可能对种群的整体生存和繁衍产生深远影响。

此外，研究还提到，CWD的传播和遗传适应可能涉及多种因素，包括环境条件、种群结构、捕猎压力等。例如，由于阿尔伯塔省缺乏明显的种群隔离，白尾鹿能够自由迁徙，这可能稀释了选择压力，导致基因频率的变化较为缓慢。然而，对于雌性白尾鹿而言，其较强的领地性可能增强了选择压力，使得96S等位基因的频率在CWD流行的区域中更为显著。同时，捕猎活动可能对种群结构和基因频率产生影响，因为感染个体可能因被捕猎而减少，从而影响了自然选择的过程。

研究团队还指出，尽管96S等位基因在CWD流行区域中频率较高，但其在非流行区域的频率较低，这表明该等位基因可能在特定条件下才表现出显著的保护作用。这种空间分布的差异可能与环境暴露水平、种群密度、以及遗传漂变等因素有关。因此，未来的研究需要进一步探讨这些因素如何共同影响PRNP基因的频率变化。

综上所述，本研究揭示了CWD对鹿类种群的遗传影响，并强调了某些PRNP基因变异在降低感染风险或延缓疾病进展中的作用。这些发现不仅有助于理解CWD的传播机制，还为制定有效的防控策略提供了科学依据。未来的研究应继续关注基因型与CWD之间的复杂关系，并探索更多可能影响疾病传播的遗传和生态因素。