参考基因组揭示人为干扰印记：基于台湾大锹甲系统的保护基因组学实证

本研究针对非模式物种保护中参考基因组作用的争议，利用牛津纳米孔技术（ONT）构建台湾特有锹甲Lucanus miwai的染色体水平基因组，并重新分析已发表的ddRADseq数据。研究发现：人为干扰程度不同的地理种群（南投NT、苗栗ML、新竹HC）呈现显著差异的连续纯合片段（ROH），其中经历严重栖息地破坏的NT种群具有最长的LROH和最高的FROH；通过连锁不平衡模型（GONE）重构近代种群历史，首次揭示NT种群在1949-1980年代因森林开垦出现持续种群衰减，与历史事件高度吻合；同时鉴定到5号染色体前端强选择信号区域（FST>0.6，π下降>60%），证实HC种群的独立进化地位。该研究为参考基因组在检测人为干扰印记、界定进化显著单元（ESU）和保护单元管理中的不可替代性提供关键实证，发表于《BMC Biology》。

　　

在保护生物学领域，基因组数据已成为评估物种濒危状况的关键工具，但参考基因组的作用长期存在争议。尤其对于非模式生物，构建染色体级别基因组的成本与效益常受质疑。台湾特有锹甲Lucanus miwai种群为此提供了理想研究模型：其三个地理隔离种群（南投NT、苗栗ML、新竹HC）虽经历不同程度的人为干扰——NT种群栖息地在1949年后因农业开垦严重破坏，ML种群位于国家公园受保护，HC种群受中等干扰——但前期基于ddRADseq SNP数据的研究却显示它们具有相似的等位基因频谱，无法反映差异化的近代种群历史。这种矛盾引发核心问题：参考基因组提供的物理连锁图谱，是否真能揭示人类活动的细微基因组印记？

为解答此问题，中央研究院生物多样性研究中心的科研团队通过牛津纳米孔长读长测序（ONT）结合Illumina短读长校正，构建了染色体级别的L. miwai参考基因组（ scaffold N50达47.66 Mb，BUSCO完整度97.3%）。基于此，团队重新分析该物种三个种群的ddRADseq数据（87个个体，29,000余个SNP），采用连锁不平衡分析、纯合片段（ROH）检测及选择信号扫描等方法，取得突破性发现。

关键技术方法包括：1. 应用ONT长读长和Illumina双端测序完成基因组组装，以近缘种Dorcus parallelipipedus为参考进行同源支架；2. 将已发表的ddRADseq数据比对至新基因组，通过STACKS流程进行变异检测；3. 利用PLINK估计种群内ROH参数（L_ROH、F_ROH）；4. 采用GONE软件结合鞘翅目平均重组率（2.48 cM/Mb）重构近代种群历史；5. 基于滑动窗口计算种群分化指数（F_ST）、遗传多样性（π）及选择信号。

基因组质量与变异特征

新组装的基因组大小483 Mb，锚定至8条最长假染色体（占基因组85.9%）。ddRADseq数据定位率94.26%，获得10,781个高质量位点（平均密度33 SNPs/Mb），均匀覆盖基因组（图1A），满足ROH分析要求。

ROH揭示人为干扰梯度

NT种群（严重干扰区）的ROH长度（L_ROH）与基因组占比（F_ROH）显著高于ML种群（保护区）。当移除5号染色体潜在选择区域后，HC种群ROH指标反超NT（图2B,D），表明选择压力会干扰种群瓶颈信号解读。

近代种群历史重建

GONE分析显示：NT种群在1949-1980年代经历持续种群衰减（图3A），与退伍军人开垦森林的历史事件吻合；ML种群在1920年代日本殖民时期出现过短暂瓶颈；所有种群在21世纪初均出现骤降，可能与旅游开发相关。值得注意的是，重组率设定显著影响历史事件时间推定（±100年），凸显参数敏感性。

5号染色体选择信号

在5号染色体前段（323-346 Mb），种群间F_ST急剧升高（HC-ML达0.8），HC种群π值下降超60%，近交系数F_IS陡增（图4），提示该区域经历近期选择扫荡。GWAS分析进一步证实此区域与地理起源强相关，尤其HC种群呈现独特遗传结构。

保护意义与理论突破

本研究首次实证参考基因组在保护基因组学中的不可替代性：1）物理连锁信息揭示NT种群因20世纪中叶森林开垦导致的持续衰减，这是无参考基因组时无法检测的细微历史印记；2）ROH参数成功量化保护政策成效（ML保护区种群遗传健康度最优）；3）锁定5号染色体选择区域，证实HC为独立进化单元，否决跨种群基因交流可行性。

研究结果对保护实践提出关键建议：三个地理种群需作为独立管理单元（ESU），尤其当代有效种群大小N_e<100的ML种群需优先保护；HC种群因局域适应性变异（5号染色体区域），应禁止辅助基因流。该成果为利用基因组技术评估保护政策效能建立新范式，推动参考基因组构建成为濒危物种管理的标准流程。