黑琴鸡雄性繁殖成功的遗传架构：有害突变揭示行为与遗传质量的关联机制

本研究通过整合190只黑琴鸡全基因组数据与长期行为观测记录，首次系统解析了有害突变（deleterious mutations）对雄性繁殖适合度的多维度影响。研究人员采用GERP++和SnpEff双预测体系，发现启动子区突变通过降低求偶场（lek）出席率而非改变装饰性状表达来影响交配成功率，为理解突变负荷（mutation load）的遗传架构提供了新视角，对濒危物种基因组保护策略具有重要启示。

　　

在性选择研究领域，雄性繁殖成功的遗传基础始终是进化生物学的核心谜题。黑琴鸡（Lyrurus tetrix）作为典型的求偶场繁殖鸟类，其雄性通过复杂的行为展示（如打斗频率、求偶场中心站位）和华丽装饰特征（如蓝色羽色、琴尾尺寸）吸引雌性。然而，基因组中有害突变如何通过这些表型性状影响繁殖成功率，长期以来缺乏系统研究。传统观点认为突变负荷主要源于纯合有害突变，但近年理论指出杂合突变也可能通过部分显性效应降低适合度。更关键的是，非编码区尤其是启动子区域的突变是否比编码区突变更具破坏性？这些问题的解答对理解性选择驱动下的进化动态至关重要。

为破解这些科学难题，研究人员对芬兰中部5个求偶场持续10年（2002-2012）观测的190只雄性黑琴鸡展开研究。通过全基因组测序（平均覆盖度32×）获得7,271,836个高质量SNP，结合GERP++（基于29种鸟类基因组保守性）和SnpEff（基于功能预测）双系统鉴定有害突变。研究创新性地将突变负荷分解为纯合负荷（homozygous load）和杂合负荷（heterozygous load），并首次系统评估了不同基因组功能区（启动子、转录起始位点TSS、内含子、外显子）突变的适合度效应。该成果发表于《Nature Ecology & Evolution》。

关键技术包括：1）野外长期追踪获得个体终身交配成功（LMS）和年度交配成功（AMS）数据；2）全基因组测序与多物种比较基因组分析（Progressive Cactus构建29种鸟类系统发育）；3）突变负荷量化模型（校正基因分型成功率）；4）贝叶斯广义线性混合模型（GLMM）分析适合度效应；5）中介分析解析行为-装饰性状的间接通路。样本来自芬兰中部野生种群，包含168只从亚成体持续追踪的"核心雄性"和22只成年捕获的"非核心雄性"。

研究结果揭示：

基因组近交与突变负荷特征

群体存在显著近交（F_ROH范围0.220-0.329），但主要由历史近交事件（>50代前）驱动。个体平均携带120,796个GERP鉴定突变（GERP≥4）和1,640个SnpEff高影响突变，其中杂合突变数量显著多于纯合突变。值得注意的是，总GERP负荷与总SnpEff负荷相关性微弱（r=0.13），提示两种预测体系捕获不同性质的突变。

突变负荷的适合度代价

总GERP负荷（β=-0.21）和总SnpEff负荷（β=-0.11）均显著降低终身交配成功，且解释力（marginal r²=2.0%）是基因组近交系数（F_ROH）的2.5倍。突破性发现是：杂合GERP负荷（β=-0.60）与纯合负荷（β=-0.57）效应相当，证实部分显性突变对适合度的实质性影响。

基因组功能区差异效应

启动子区突变展现最强的负选择效应（GERP：β=-0.18；SnpEff：β=-0.24），可能是通过破坏转录因子结合影响基因动态调控。TSS区突变也显示显著效应（GERP：β=-0.15），而外显子区GERP突变竟与适合度正相关，推测强有害突变已被早期生存选择清除。

行为表型的关键中介

中介分析发现总GERP负荷通过降低求偶场出席率（β=-0.13）间接影响年度交配成功，而非通过装饰性状。这支持"基因捕获"假说——求偶场行为作为多基因调控的诚实信号，能整合全基因组突变负荷信息。

该研究首次在野生种群中实证：1）杂合有害突变与纯合突变同等重要；2）启动子区突变的适合度代价尤为显著；3）行为性状是突变负荷的关键表型出口。这些发现革新了对突变负荷遗传架构的认知，为濒危物种基因组保护（如优先筛查调控区突变）提供了理论框架。未来研究可深入探索突变如何通过基因调控网络影响行为可塑性，以及不同生命周期中突变负荷的动态表达规律。