基于时空尺度的濒危莱昂泉鳉保护基因组学：遗传漂变与栖息地破碎化的警示

《Conservation Genetics》：Conservation genomics of the imperiled Leon springs pupfish, Cyprinodon bovinus, across temporal and spatial scales

本研究针对濒危物种莱昂泉鳉（Cyprinodon bovinus）面临杂交威胁和种群隔离等问题，通过ddRADseq技术开展保护基因组学研究。结果显示野生种群有效种群大小（NE）仅为145-262，且存在显著遗传分化（FST=0.0065），表明栖息地破碎化加剧了遗传漂变。研究为制定遗传救助策略提供了关键科学依据。

　　

在美国德克萨斯州佩科斯县的钻石Y泉保护区（Diamond Y Spring Preserve）中，生活着一种濒临灭绝的小型鱼类——莱昂泉鳉（Cyprinodon bovinus）。这种体型娇小（雄鱼体长2.5-3.8厘米）、色彩斑斓的鳉鱼曾经遍布莱昂溪流域，但由于人类用水需求增加和栖息地退化，它们的分布范围急剧缩小，目前仅存在于保护区内的泉池系统中。更令人担忧的是，外来物种羊头min鱼（Cyprinodon variegatus）的引入带来了杂交风险，可能导致纯种莱昂泉鳉基因被"淹没"。

为了应对这些威胁，美国鱼类和野生动物管理局（U.S. Fish and Wildlife Service）在新墨西哥州德克斯特（Dexter）建立了人工庇护种群，并在2000年代初对野生种群进行了大规模清剿行动，移除了杂交个体后重新投放了约2,000尾纯种鳉鱼。然而，近年来德克萨斯州Trans-Pecos地区持续干旱，地下水抽取增加，导致泉池系统水位下降，栖息地碎片化加剧。这些变化对短生命周期（约1年）、成熟快（4-6个月）的莱昂泉鳉可能产生了深远影响。

发表在《Conservation Genetics》上的这项研究，由Robert J. Bretzing-Tungate领衔的研究团队，采用保护基因组学方法，通过时空尺度分析，旨在评估当前杂交状况、野生种群遗传健康度，以及庇护种群与野生种群之间的遗传差异变化。

研究团队运用双重酶切限制性位点关联DNA测序（ddRADseq）技术，对来自钻石Y泉保护区两个野生地点（Karges Springs和Diamond Y Pool，相距约0.5公里）和德克斯特庇护种群（CREF）的样本进行基因分型。研究还整合了2013年的历史数据，进行时空对比分析。关键技术包括：群体遗传结构分析（AMOVA、F_ST）、有效种群大小（N_E）估算、杂交检测（NEWHYBRIDS）以及遗传多样性（H_E、A_R）评估。

杂交分析

通过对4,734个诊断位点分析，研究发现所有样本均被准确分类为纯种莱昂泉鳉或羊头min鱼，未发现任何杂交个体或近期基因渗入证据。线粒体COI基因测序结果与核基因组分析一致，进一步证实了杂交威胁目前已得到有效控制。

种群遗传结构

基于4,567个中性位点的分析显示，三个种群（KGS、DY Pool、CREF）之间存在显著遗传分化（F_ST）。野生种群间的分化程度（F_ST=0.0065）远低于它们与庇护种群间的分化（F_ST=0.0637-0.0711）。判别分析支持将样本分为两大遗传群：庇护种群和野生种群。

有效种群大小和遗传多样性

当代有效种群大小（N_E）估计显示，庇护种群（N_E=679）远大于两个野生种群（KGS N_E=262；DY Pool N_E=145）。相应地，庇护种群的期望杂合度（H_E=0.353）和等位基因丰富度（A_R=2.208）也显著高于野生种群。

时空分析

比较2013年和2020/2021年样本发现，野生种群随时间出现了显著遗传分化（F_ST=0.0136）和遗传多样性下降，而庇护种群则保持相对稳定。时空有效种群大小（N_E）估计显示，野生种群（N_E=194）的遗传漂变强度是庇护种群（N_E=374）的近两倍。

研究结论表明，早期清除杂交个体的保护措施取得了成功，当前杂交已不是主要威胁。然而，栖息地破碎化导致野生种群有效种群大小过小，加速了遗传漂变，造成遗传多样性下降和种群分化。尽管两个野生种群地理距离很近（仅0.5公里），但由于近年干旱导致水文连接中断，已出现显著遗传分化。

这一发现对莱昂泉鳉的长期生存具有重要意义。野生种群的N_E估计值（145-262）已低于维持进化潜力的阈值（N_E<1000），接近近交衰退风险区（N_E<100）。研究建议考虑实施遗传救助（genetic rescue），通过辅助迁移（assisted migration）在野生种群间或与庇护种群间引入基因流，以缓解遗传多样性丧失。然而，也需谨慎评估潜在风险，如本地适应性变异可能被稀释或引入不适配基因型。

这项研究凸显了持续遗传监测在濒危物种保护中的重要性，特别是对于栖息地碎片化严重、种群规模小的物种。基因组学工具为制定针对性保护策略提供了科学依据，未来需要全基因组分析来进一步评估适应性变异，并建立长期监测计划，确保这一独特沙漠鱼类的长期存活。