家鼠非洲入侵的基因组遗产由多次欧亚起源与混血塑造

《Molecular Ecology》：Multiple Eurasian Origins and Admixture Shaped the Genomic Legacy of the House Mouse Invasion in Africa

　　

伴人哺乳动物为研究范围扩张中人类介导扩散、混血（admixture）及二次接触如何塑造基因组变异提供了独特机会，然而对于全球最成功的入侵伴生物种之一——西方家鼠（Mus musculus domesticus），其在非洲的入侵动态仍基本未被探索。研究人员在此呈现一项大规模群体基因组分析，涵盖380个全基因组序列，包括303个新测序的低覆盖度基因组，其中216个来自13个 distinct 非洲群体，借此探究人类介导扩散及与本地物种的二次接触如何塑造伴人哺乳动物入侵的基因组遗产。祖先分析揭示至少三个主要欧亚源系对非洲群体有贡献：见于摩洛哥、阿尔及利亚和尼日尔的伊比利亚–西亚系；代表于突尼斯的地中海系；以及主导西非和中非的北欧系。人口学推断显示近期与古老的离散及种群收缩事件并存。在西非和中非，离散时间与欧洲海上扩张及殖民贸易广泛重叠；相比之下，北非群体呈现更老的聚结信号，与早期参与西地中海辐射相一致。研究人员还在同域分布区检测到本地种阿尔及利亚鼠（Mus spretus）向北非群体的大量渐渗（introgression）。综上，结果表明家鼠在非洲的入侵并非单一人口学过程，而是由多次引入、随时间变化的连通性、混血及种间基因流塑造的群体特异性历史拼图。这些发现强化了群体水平视角在入侵基因组学中的重要性，尤其对于扩散与人类移动紧密绑定的伴人哺乳动物，并建立了最广泛的野生非洲家鼠开放基因组资源。

研究背景与立项依据：《Molecular Ecology》刊发的该文指出，伴人哺乳动物（commensal mammals）因扩散直接受贸易网络、海上航线、农业前沿与城市化驱动，是理解范围扩张中奠基者效应（founder effect）、多次引入、二次接触带、本地近缘种渐渗及连通性演化的理想模型。西方家鼠（Mus musculus domesticus）约15千年前（kya）起源于西亚，随人类扩张至欧洲、美洲、澳大拉西亚与非洲，但非洲作为人类迁徙与贸易枢纽，其家鼠入侵动态此前仅由零星线粒体与微卫星研究覆盖，北非“古代近东引入”与西非“殖民期西欧引入”假说缺乏全基因组验证，且本地种阿尔及利亚鼠（Mus spretus）与家鼠的种间基因流在非洲同域区是否发生尚属空白。为此，研究人员开展跨西亚、欧洲、北美与非洲13个群体的低覆盖度全基因组测序（lcWGS），填补全球入侵史缺口。

主要技术方法：研究构建380个全基因组序列队列，含303个新测 lcWGS（均值2.4×）样本——216个来自非洲8国13群体、73个来自欧洲7国、14个来自西亚3国，其余为已发表高覆盖度 M. m. domesticus 及 M. m. castaneus、M. m. musculus、M. spretus 公共数据，并合并114个欧洲外显子SNP阵列样本。流程上以 BWA-MEM 比对 GRCm39，ANGSD 基于基因型似然（genotype likelihoods）检SNP，STITCH 对低覆盖度数据插值（imputation）得硬基因型，Relate 推基因谱系，MSMC-IM 估交叉聚结率（cross-coalescence rate, CCR）与分裂时，TreeMix 与 AdmixtureBayes 重建迁移图，D 统计量与 f 估计检 M. spretus 渐渗，RZooRoH 隐马尔可夫模型分同源纯合片段（homozygosity-by-descent, HBD）龄级。

研究结果：3.1 群体结构与非洲家鼠起源——PCAngsd 与 PLINK-PCA 及 NGSadmix/sNMF（K=3）一致解析出北欧、地中海、伊比利亚三大遗传簇；非洲北非摩洛哥–阿尔及利亚–尼日尔归伊比利亚源，突尼斯属地中海源，西非塞内加尔–马里–贝宁与中非加蓬归北欧源，证伪单源入侵假设，支持至少三次独立欧亚引入。3.2 西方家鼠与阿尔及利亚鼠基因流——TreeMix（m=1）仅收地中海?北欧单迁移边，但 m≥2 时 Malian 与 Beninese 群体现 M. spretus 边；D 统计量以伊朗 IRAA 为 P1、M. caroli 为外群，全非洲群体呈显著正 Z，渐渗从北非向南递减，突尼斯 f=4.5%、摩洛哥海岸 f=2.98%、西班牙同域 f=3.67%，北美无信号，确认非洲同域区存在不对称等位共享。3.3 非洲家鼠人口学史与定殖——MSMC-IM 下摩洛哥–阿尔及利亚自伊比利亚分离约1.7–3.5 kya，突尼斯自地中海欧洲分离约0.30–0.60 kya，西非塞内加尔自北欧约0.28–0.55 kya、加蓬约0.59–1.16 kya、贝宁约0.81–1.62 kya，北美约0.24–0.49 kya；Relate 与 Stairway Plot 2 共现“古瓶颈（出西亚扩张）+区域新瓶颈”两步模型，北非有中世纪–近代收缩，西非中非有殖民期强瓶颈后恢复。3.4 基因组多样性与 HBD 近交——杂合度尼日尔0.0010至贝宁0.0036，西非马里高杂合负 Tajima's D 示近期扩张，北非正 Tajima's D 示收缩/结构；F_HBD 沿海贝宁0.43、摩洛哥岸0.45低于内陆尼日尔0.66，HBD 龄级分解示非洲与北美富集 R_k=512（年轻近交）类，西亚仅存 R_k=16384 古老类。

讨论与结论翻译：研究人员呈递303个新产 M. m. domesticus 全基因组个体数据，合77已发表基因组，描绘非洲入侵史、群体结构、种间流与多样性。非洲入侵非单过程，而是由来自不同欧亚源的多次独立定殖、强瓶颈、二次混血及北非与 M. spretus 渐渗织成的群体特异历史马赛克；杂合度、Tajima's D 与 HBD 近交异质分布表明各群体经历不同组合之奠基效应、连通性、漂变与混血。结果深化了人类介导扩散与本地种二次接触塑造伴人哺乳动物基因组遗产的认知，并为入侵基因组学、杂交与快速适应研究提供最大野生非洲家鼠开放资源。北非摩洛哥–阿尔及利亚深聚结信号兼容“非洲路线”早至7千年前并行于地中海岸线扩散之动物考古争议；突尼斯近期分离反映地中海盆地持续海事交换而非首现时间。整体框架将非洲置为理解伴人哺乳动物入侵人口学与基因组遗产的关键区域。