结合种群基因组学与景观分析揭示三种珍稀Phengaris蝴蝶保护策略的生态遗传学洞察

本研究通过整合双酶切限制性位点相关DNA测序（ddRAD-seq）与景观遗传学分析，系统评估法国Bugey山区三种濒危Phengaris蝴蝶（P. alcon, P. nausithous, P. teleius）的种群遗传结构、基因流模式及栖息地连通性。研究发现不同地理种群存在显著遗传分化（FST最高达0.649），揭示出受湿地退化威胁的集合种群（metapopulation）动态特征。研究提出基于遗传多样性（Ho）、有效种群大小（Ne）和最小成本路径的优先保护区识别框架，为碎片化生境中的物种保护提供实证支持。

　　

INTRODUCTION

全球生物多样性正经历前所未有的衰退，昆虫是受影响最严重的类群之一。湿地作为提供40%全球生态系统服务的关键生境，因农业集约化和生境破坏而急剧退化，这对依赖湿地生态系统的专性物种构成严重威胁。Phengaris属蝴蝶（鳞翅目，灰蝶科）是典型代表物种，其生活史依赖特定宿主植物和蚁类共生关系（专性蚁巢寄生），具有高度生态特异性。欧洲保护的三个物种——Phengaris alcon、P. nausithous和P. teleius——呈现典型的集合种群（metapopulation）结构，其种群持续性高度依赖栖息地斑块间的连通性。

MATERIALS AND METHODS

研究区域位于法国Bugey山地块，通过2017-2021年的野外监测确定物种分布点。2020年夏季采用非致死性采样法采集蝴蝶足部组织（每地点目标12个体），经ddRAD-seq技术获得基因组数据。使用ipyrad进行位点重建，vcftools过滤SNP（次要等位基因频率MAF>0.05，位点共享率>80%）。种群结构通过STRUCTURE和主成分分析（PCA）评估，遗传分化指数（F_ST）、观测杂合度（Ho）、近交系数（F_IS）通过hierfstat计算，连锁不平衡法（LDNe）估算有效种群大小（N_e-g）。景观分析基于5m分辨率土地利用数据，利用Graphab软件构建最小成本路径模型，结合遗传聚类结果验证理论连通性。

RESULTS

遗传分析揭示三个物种均存在显著空间遗传结构。P. alcon的4个地点形成独立遗传簇，尽管Belloire与Cerin地理邻近（直线距离近），但遗传分化高达F_ST=0.649。P. nausithous和P. teleius分别形成2个和3个遗传簇，其中东北部种群（Bidonnes、Broues）遗传多样性（Ho=0.253-0.265）显著高于西部种群（如Intriat的Ho=0.102）。有效种群大小N_e-g在局部尺度呈现高度异质性（1.3-67.1），且与基于数量统计的N_e-t无相关性（p>0.05），表明遗传漂变对小型种群的强烈影响。景观遗传整合分析确认P. nausithous和P. teleius的最大扩散距离达18.5km，远超传统标记重捕研究的估计值（<5km）。网络拓扑显示东北部斑块连通性高且路径冗余，而西部斑块（如Epierre）呈线性孤立结构。

DISCUSSION

Current population state

种群基因组数据揭示部分地点遗传多样性极低（如P. alcon的Ormes地点Ho=0.072），接近灭绝物种水平。东北部种群的高遗传多样性可能源于跨国界（瑞士）种群的基因流贡献。N_e-g估值普遍低于IUCN的50/500规则阈值，印证了物种的濒危 status。混合LD效应（mixture-LD effect）导致遗传簇尺度的N_e估值偏低，建议采用局部N_e加和方式评估集合种群规模。

Metapopulation dynamics

遗传簇内存在基因流（如P. teleius的Bidonnes与Broues间F_ST<0.289），但局部种群仍受遗传漂变主导，呈现典型源-汇动态。18km长距离基因流提示存在未知中转栖息地或人类活动辅助扩散。种群大小时空波动与栖息地质量变化驱动集合种群周转（turnover），强调连通性维持对抵消局部灭绝风险的关键作用。

Practical maps for conservation strategy

基于遗传-景观整合图谱提出三层保护策略：

1. 1.

   脆弱斑块强化：针对低遗传多样性斑块（如Intriat），通过扩大宿主植物（Sanguisorba officinalis/Gentiana pneumonanthe）面积和改善生境质量提升种群韧性；

2. 2.

   网络增强：在已确认遗传连通的远距离斑块间（如Epierre-Pont Loup）建立踏脚石生境，促进基因流同时避免不同遗传簇间人为引入maladaptive alleles；

3. 3.

   替代路径设计：构建冗余路径（如P. teleius东北网络南部扩展）提升网络对突发干扰的 Resilience。目前成果已应用于自然保护区的宿主植物补种、割草制度优化（匹配蝴蝶物候）及土地所有者协约保护，示范了基因组学指导实操性保护的转化价值。