海南鼩猬（Neohylomys hainanensis）的种群遗传多样性、遗传分化与种群历史动态研究

《Diversity》：Population Genetic Diversity, Differentiation, and Demographic History of the Hainan Gymnure (Neohylomys hainanensis)

　　

海南鼩猬（Neohylomys hainanensis）是海南岛特有的唯一一种猬科（Erinaceidae）动物，被国际自然保护联盟（IUCN）列为濒危（Endangered）物种。然而，其遗传结构、遗传多样性及种群历史动态仍知之甚少。研究人员分析了来自海南岛十个采样点的38个个体的线粒体细胞色素b（Cyt b）和细胞色素c氧化酶亚基I（COI）基因序列，以及37个个体的核载脂蛋白B（ApoB）和生长激素受体（GHR）基因序列。线粒体标记表现出高单倍型多样性但低核苷酸多样性，而核基因几乎不变。南北群体间的成对固定指数（FST）显示出低至中等程度的分化。基于四个采样充足的 localities，群体间遗传距离极小（0.002–0.005），且四个采样充足群体间的大多数成对FST值呈低至中等水平。基于COI的单倍型网络揭示了南北群体间广泛的单倍型共享，而COI + Cyt b联合数据的网络则显示出单倍型的地理分布格局，群体间无共享单倍型，表明存在微弱但可检测的母系结构。COI和Cyt b的错配分布和中性检验均与种群扩张事件一致，基于Cyt b估算的扩张时间约为10.12万年前（kya）；然而，这一种群历史估算应视为探索性的。分子方差分析（AMOVA）进一步表明，绝大多数遗传变异（88.57%–96.77%）来自群体内差异，而非群体间分化。总体而言，N. hainanensis表现出中等遗传多样性和低至中等的遗传分化水平。线粒体标记揭示了微弱但可检测的南北分化，而联合系统发育树未显示明显的地理聚类，可能是由于系统发育信号不足。整体谱系地理结构仍然微弱且未完全解析。保护工作应优先考虑中部山区的栖息地连通性和长期种群监测。

论文解读

一、研究背景与科学问题

遗传多样性是物种适应环境变化、保障长期生存和进化潜力的基础。对于分布范围受限、种群规模较小的岛屿特有物种而言，遗传多样性水平和种群结构格局直接影响其进化韧性和灭绝风险。种群遗传学研究不仅能阐明物种的进化历史和种群动态，还能为评估保护状态、划分遗传管理单元和制定栖息地保护策略提供科学依据。

海南鼩猬（Neohylomys hainanensis；劳亚兽目：猬科：鼠猬亚科）是海南岛特有的唯一一种猬科动物，主要栖息于海拔300–800米的热带雨林和次生林中，以昆虫为食。由于其分布范围受限且推测种群规模较小，该物种被IUCN列为濒危物种，并被列入海南热带雨林国家公园优先保护物种名录。然而，以往研究主要集中在分类学、形态学、系统发育和栖息地适宜性等方面，对其种群遗传多样性、遗传分化、遗传结构和种群历史动态的系统研究仍然匮乏。

海南岛地形复杂，五指山和鹦哥岭构成中部隆起核心，昌化江和万泉河横贯全岛，可能构成潜在的地理屏障。对于海南鼩猬这类非飞行小型哺乳动物而言，这些山脉和河流系统可能限制群体间的基因流并促进遗传分化。然而，该物种是否存在显著的谱系地理结构，以及地理隔离在多大程度上塑造了其遗传分化，这些问题仍有待阐明。

二、研究内容与主要结论

为填补上述知识空白，研究人员利用两个线粒体基因（Cyt b和COI）和两个核基因（ApoB和GHR），系统研究了海南鼩猬的种群遗传多样性、分化格局、遗传结构和种群历史动态。研究的具体目标包括：（1）在整体种群和地理种群水平上评估遗传多样性；（2）评估地理隔离对遗传分化和谱系地理结构的影响；（3）重建种群历史动态以检测历史上的种群扩张或收缩事件。该研究为这一濒危物种的保护遗传学提供了科学基础，并为岛屿特有小型哺乳动物的遗传多样性格局提供了基线信息。

三、关键技术与方法

研究人员于2022年3月至2025年7月期间，在海南岛十个地点采集了38个海南鼩猬个体样本，包括尖峰岭、五指山、吊罗山、琼中、保亭、霸王岭、鹦哥岭、黎母山、屯昌和白沙，其中南部群体24个个体，北部群体14个个体。样本来源包括30份血液样本和8份肌肉样本（其中7例为诱捕意外死亡个体的肌肉组织，1例来自先前研究的标本序列）。研究人员提取基因组DNA后，对线粒体Cyt b和COI基因以及核ApoB和GHR基因进行PCR扩增和双向Sanger测序。数据分析方面，使用DnaSP v6.0计算单倍型数、单倍型多样性（Hd）和核苷酸多样性（π）；使用PopART v1.7构建中值连接网络；使用PhyML 3.0基于四基因联合数据构建最大似然（ML）系统发育树；使用MEGA v11.0计算Kimura 2-Parameter（K2P）遗传距离；使用Arlequin v3.5进行分子方差分析（AMOVA）和成对固定指数（F_ST）计算；基于Cyt b和COI进行中性检验（Fu's Fs和Tajima's D）和错配分布分析以推断种群历史动态。

四、主要研究结果

4.1 种群遗传多样性

Cyt b基因在38条序列中鉴定出23个单倍型，Hd = 0.960，π = 0.00474；COI基因鉴定出15个单倍型，Hd = 0.890，π = 0.00379。核基因多样性显著较低，ApoB和GHR均仅检出2个单倍型（Hd = 0.054）。南部群体（n = 24）Cyt b的Hd = 0.935、π = 0.00431，COI的Hd = 0.884、π = 0.00415；北部群体（n = 14）Cyt b的Hd = 0.890、π = 0.00498，COI的Hd = 0.879、π = 0.00300。在地理种群水平上，仅对四个采样充足的群体（五指山、吊罗山、琼中、霸王岭）进行了比较：COI方面，五指山表现出高单倍型多样性（Hd = 0.905）和核苷酸多样性（π = 0.00440），霸王岭核苷酸多样性较低（π = 0.00240）；Cyt b方面，吊罗山表现出高单倍型多样性（Hd = 0.933）和核苷酸多样性（π = 0.00550），琼中单倍型多样性较低（Hd = 0.714）。

4.2 单倍型网络与系统发育

基于COI基因的中值连接网络包含15个单倍型，其中Hap_2是最常见且居中的单倍型，呈星状拓扑结构，多个外围单倍型通过一步或少数几步突变与之相连。南北群体的单倍型在网络中广泛混合，无明显的空间分离。多个单倍型在南北群体间共享：Hap_2见于南部的吊罗山、五指山、琼中和北部的霸王岭、鹦哥岭；Hap_6共享于南部的吊罗山、尖峰岭、五指山和北部的霸王岭；Hap_10共享于南部的吊罗山和北部的屯昌。基于COI + Cyt b联合数据的网络包含26个单倍型，南北群体间未检测到共享单倍型，显示出地理分选信号。基于COI + Cyt b + ApoB + GHR四基因联合数据的ML系统发育树中，各分支在采样地点上 largely 混合，未呈现明显的地理聚类。

4.3 遗传距离与遗传分化

四个主要地理种群（五指山、吊罗山、琼中、霸王岭）间的遗传距离为0.002–0.005，处于极低水平。四个采样充足群体间的成对F_ST值总体呈低至中等水平：COI范围为?0.035（琼中–霸王岭）至0.232（五指山–霸王岭）；Cyt b范围为0.046（琼中–吊罗山）至0.180（五指山–霸王岭）；COI + Cyt b联合数据范围为0.033（琼中–吊罗山）至0.200（五指山–霸王岭）。所有成对F_ST比较经Bonferroni校正后均不显著（p > 0.0083）。四个采样充足群体的AMOVA显示，仅9.42%–11.43%的总变异来自群体间差异，88.57%–90.58%来自群体内差异。南北比较中，群体间变异仅占总变异的3.23%（COI）、7.89%（Cyt b）和6.36%（联合数据），92.11%–96.77%的变异分布在群体内。南北群体间的F_ST值分别为COI 0.032（p > 0.05）、Cyt b 0.079（p < 0.01）和联合数据0.064（p < 0.05），表明Cyt b和联合数据支持显著的南北分化，但COI单独不显著。

4.4 种群历史动态

由于南北群体样本量有限且不均衡（北部14个、南部24个），种群历史分析基于合并数据集进行，结果应视为探索性。Fu's Fs在两个基因中均高度显著为负（COI：?6.070，p < 0.01；Cyt b：?10.368，p < 0.01）；Tajima's D在Cyt b中显著为负（?1.700，p < 0.05），在COI中不显著（?1.211，p > 0.05）。错配分布曲线近似单峰。基于Cyt b的突然扩张模型未被拒绝（SSD = 0.00254，p > 0.05；Rag = 0.01403，p > 0.05），τ = 4.613（95% CI：2.418–6.519），对应扩张时间T = 101.2 kya（95%区间：53.0–143.0 kya）。

五、讨论与结论

讨论部分指出，海南鼩猬呈现高单倍型多样性但低核苷酸多样性的线粒体遗传模式，与其他猬科物种（如西欧刺猬Hd = 0.89，π = 0.0033）相当，表明其具有中等水平的遗传多样性。这种高Hd-低π模式可能与种群扩张历史有关。研究还指出，将单基因COI扩展至COI + Cyt b联合数据后，南北单倍型的地理聚类信号逐渐增强，共享单倍型减少，地理分化信号日益可辨。然而，即使使用四基因联合数据，系统发育树仍未恢复地理上互斥且支持良好的分支，表明系统发育信号不足而非缺乏种群分化。核基因ApoB和GHR因极度保守而被排除在单倍型网络和遗传分化分析之外。研究明确承认了若干局限性：每个地点平均约4个个体的样本量较小、采样设计不均衡、核标记近乎单态导致推断主要依赖母系遗传的线粒体DNA、以及扩张时间估算依赖于假定的替代速率。

研究结论部分总结如下：海南鼩猬表现出高单倍型多样性但低核苷酸多样性的线粒体遗传模式，表明其具有中等遗传多样性水平。南北群体间的遗传分化为低至中等水平。单倍型网络揭示了地理群体间的共享单倍型，联合系统发育树未解析出清晰的地理谱系。基于合并数据集的种群历史分析支持约101.2 kya的种群扩张事件，推测可能与更新世气候和海平面变迁有关，但这一假设需更大样本量和独立基因组标记进一步验证。分子方差分析进一步证实遗传变异主要分布在群体内。保护优先事项应包括维持中部山区的栖息地连通性、控制人为干扰以及建立长期监测系统，以保护这一濒危物种的长期进化潜力。