微卫星标记揭示掘穴棘鼠Clyomys laticeps的时间性多雌多雄制、无性别偏倚扩散与弱种群遗传结构

《Mammalian Biology》：Genetic assessment of mating system, kinship, and population structure in the burrowing rodent Clyomys laticeps

　　

交配系统是物种生物学的基本方面，常促成扩散、亲缘关系和遗传结构模式。尽管棘鼠科(Echimyidae)啮齿动物在分类、形态和生态上多样，但对其繁殖行为及其对种群统计与遗传结构的影响知之甚少。为表征掘穴棘鼠科啮齿动物宽头棘鼠(Clyomys laticeps (Thomas, 1909))的遗传交配系统，研究人员于2018年5月至2020年2月在Parque Estadual da Serra de Caldas Novas (GO, Brazil)获取了53个个体的组织样本。由10个多态微卫星位点(microsatellite loci)产生的个体基因型被用于检验以下预测：(1) C. laticeps呈现多雌多雄制(polygynandry)；(2) 存在雄性偏倚的出生扩散(male-biased natal dispersal)，其结果为(3) 雌性间亲缘结构(kin structure)更明显。亲权分配分析(parentage assignment analyses)显示，雌雄两性在不同繁殖轮次中均与多个配偶产生后代，表明存在时间性多雌多雄制(temporally polygynandrous)交配系统。雄性间亲缘系数(coefficients of relatedness)与雌性间无差异，未提供性别偏倚扩散(sex-biased dispersal)或性别基础亲缘结构(sex-based kin structure)的证据。与这些发现一致，研究种群内遗传变异(genetic variation)未呈现强结构，且未检测到显著近交(inbreeding)证据。因此，除提供棘鼠科啮齿动物遗传交配系统的最早表征之一外，研究人员的分析有助于理解这些动物的种群统计学(demography)和种群遗传结构(population genetic structure)模式。

研究背景与主要结论：遗传交配系统可影响性选择、亲缘关系、扩散和种群遗传结构。棘鼠科(Echimyidae)约100种中不足15种有交配系统信息，且多基于空间数据；遗传亲权数据缺乏。宽头棘鼠Clyomys laticeps为巴西中南部掘穴棘鼠科啮齿动物，其家域重叠但成体不共享洞穴，呈独居社会组织；与群居的Trinomys yonenagae形成比较机会。该种群具低成体密度、1:1成体性比、全年繁殖、窝仔1–2只、无体重性二型；雌性家域较稳定，驻留和临时雄性家域常重叠多个雌性家域。因此研究人员预测其至少为时间性多雌多雄制，并预测雄性偏倚出生扩散、雌性亲缘结构更明显。研究人员以微卫星基因型开展亲权分配、亲缘系数、分配指数、空间遗传结构和近交分析，得出其交配系统为时间性多雌多雄制，未发现性别偏倚扩散或性别基础亲缘结构，采样范围内无显著空间遗传结构和近交，提供了棘鼠科遗传交配系统的最早表征之一。

关键技术方法（约230字）：样本队列来源为巴西Goiás州Parque Estadual da Serra de Caldas Novas (PESCaN)自由生活种群，2018年5月至2020年2月捕获；共56份耳组织，经Cervus 3.0个体识别得53个不同基因型（18成年雌、11成年雄、15亚成雌、9亚成雄）。关键技术包括：10个微卫星位点PCR分型（最终保留8个）；GenAlEx与GENEPOP估计等位基因数(N_a)、观察杂合度(H_O)、期望杂合度(H_E)、Hardy-Weinberg平衡(HWE)和连锁不平衡(LD)；Microchecker与ML-NullFreq评估无效等位基因；GenAlEx进行空间自相关分析空间遗传结构(SGS)；ML-RELATE估计成对亲缘系数(r)并用permuco作PERMANOVA；FSTAT估计分配指数(AI)和近交系数(F_IS)；COLONY v.2.0进行亲权分配；以重捕亚成体特定生长率(SGR)估算出生月以判定同窝。

研究结果：
Microsatellite variation（微卫星变异）：对位点作HWE、LD和无效等位基因评估，Cbi 15偏离HWE(p=0.002)被排除；Cbi 11与Cbi 06存在显著LD(P≤0.005，Bonferroni校正)，Cbi 11因等位基因较少被排除；Cbi 06无效等位基因频率低(0.04)被保留。最终8个位点N_a均值8.1±4.1，PIC=0.71，H_O=0.73±0.14，H_E=0.72±0.14，表明标记多态性足以支持后续分析。
Spatial structure of genetic variation（遗传变异的空间结构）：以29只成体(11雄、18雌)的地理与遗传距离构建空间自相关，设145、290、435、580 m四个距离级；整体自相关不显著(p=0.046；α=0.01)，各距离级r亦不显著，表明采样范围内无显著空间遗传结构。
Dispersal patterns（扩散模式）：以ML-RELATE估计成对亲缘系数并以PERMANOVA比较，全体成体均值r=0.06±0.10(n=406)；雄-雄(0.05±0.10，n=55)、雌-雌(0.05±0.09，n=153)、雄-雌(0.06±0.10，n=198)无差异(F_2,403=1.236，p=0.294)；近亲dyad比例雄-雄29.0%、雌-雌19.6%、雄-雌21.7%，仅5对r=0.5；FSTAT分配指数雄性0.082(n=11)与雌性?0.05(n=18)无差异(p=0.577)，表明无性别偏倚扩散或性别基础亲缘结构证据。
Prevalence of inbreeding（近交程度）：以FSTAT估计29只成体F_IS=?0.019，与0无显著差异(p>0.006)，表明研究尺度内无显著近交证据。
Parentage assignment（亲权分配）：以COLONY对25个亚成体作亲权分配；1只成雄曾以幼体捕获后重捕，故同时纳入后代与候选亲本。10个父本中3个(27.3%)为捕获的11只成雄，15个母本中12个(66.7%)为捕获的18只成雌；6个(60%)父本与>1幼体相关(均值2.5±1.8)，其中3个与2雌、2个与3雌、1个与5雌繁殖；6个(40%)母本与>1幼体相关(均值1.6±1.0)，5个(33.3%)母本的后代由>1雄所生(4个与2雄、1个与3雄)；平均配偶数雄性1.68±0.98、雌性1.4±0.63，无性别差异(t=1.8，p=0.09，n=25)。4只亚成体SGR=0.5±0.3%/d，仅用于识别同月队列；仅1对母系同窝幼体由不同雄所生，其余14个(93.3%)母本每一时间队列仅1幼体，无父本在同一队列有>1后代，故多配偶多发生于不同繁殖轮次，支持时间性多雌多雄制。

讨论部分总结：成年雄性与雌性间亲缘系数及AI无差异，表明亲缘格局无性别偏倚，雌性并不比雄性更留守；这与Trinomys yonenagae及多种掘穴啮齿动物中雌性亲缘更近的报道不同。采样尺度内遗传变异无明显结构且无显著近交，提示扩散和基因流足以阻止近期共同祖先导致的基因型聚集；更大空间尺度采样可揭示遗传分化尺度。亲权分配为基于基因型的统计推断而非行为直接观察；该物种夜行、穴居使行为观察困难，但PIC=0.71较高，分配较稳健。两性均与多个配偶繁殖，符合多雌多雄制；多数多配偶事件跨不同繁殖轮次，全年繁殖使同时性与顺序性多雌多雄制界限不清。适应基础方面，雄性可能受益于多雌并阻止竞争，但雌性全年繁殖和较分散分布可能限制雄性垄断；雌性也可能从多雄交配获益；繁殖伙伴空间关系未知，需进一步研究。

结论部分翻译：研究人员的分析提供了棘鼠科(Echimyidae)啮齿动物遗传交配系统的最早表征之一。遗传数据还为了解研究物种遗传变异的空间结构和潜在运动模式(如扩散)提供了重要信息。在采样区域和研究时间尺度内，遗传数据表明来自巴西Goiás的C. laticeps研究种群中雌雄两性均与多个繁殖伙伴产生后代，提示时间性多雌多雄制(polygynandry)是该种群交配系统的最佳描述。然而，遗传数据未能揭示性别偏倚扩散或遗传变异空间结构的证据。Echimyidae是一个大且生态多样的南美啮齿动物科，因此对其他棘鼠科物种的研究应能增进对该谱系生活史表观变异的适应基础的理解。