北欧两种常见熊蜂（B. pascuorum 与 B. lapidarius）中检测到的显著细尺度种群分化

《Heredity》：Significant fine-scale population differentiation in two common bumblebee species (B. pascuorum and B. lapidarius) detected in Northern Europe

　　

熊蜂是关键石传粉者，促进多种野生与农业植物的繁殖。其丰度与多样性因土地利用变化与栖息地破碎化等人为胁迫而严重下降。然而，对于栖息于人为改造景观中的熊蜂，研究人员仍缺乏对其种群结构与局部适应的全面理解。本研究通过分析来自北欧7个样点106个标本的全基因组数据，在两种常见熊蜂物种 Bombus lapidarius 与 Bombus pascuorum 中发现了显著的细尺度（约300 km）种群结构。尽管观察到的种群结构在很大程度上与自然海洋屏障相关，研究人员还检测到来自无此类屏障分隔的人为景观种群间的显著分化。此外，B. lapidarius 的遗传分化相对均匀地分布于全基因组，而 B. pascuorum 的分化集中于若干兆碱基级基因组区域——包括一个推定的染色体倒位（chromosomal inversion）——这可能构成其分布区内众所周知的体色多态性的基础。这些观察揭示了这两种熊蜂种群结构下独特的基因组架构，并强调需增进对熊蜂连通性的理解以设计最优保护策略。

研究背景方面，熊蜂作为温带关键石传粉者支撑着野生与农业植物繁殖，但近几十年因土地利用变化、栖息地破碎化、气候变化、寄生虫与农药等复合胁迫导致多地区种群下降与局部灭绝。传统研究多依赖微卫星等有限分子标记，对细尺度（百公里级）种群结构与基因组架构认识不足；而全基因组测序（WGS）虽能提升统计效力并定位适应相关位点，但在北欧人为改造景观中的应用仍较少。两种目标物种 B. pascuorum（常见绒熊蜂）与 B. lapidarius（红尾熊蜂）虽属广布且当前无即时保护告警种，但预测显示未来数十年超三分之一“无危”熊蜂将丧失至少30%栖息于人为景观的面积，且挪威、瑞典部分区域被建模为气候避难所，故阐明该区域种群连通性与结构对保护规划至关重要。研究人员由此针对南挪威、南瑞典、丹麦与北德7个样点开展比较种群基因组学分析，相关成果发表于《Heredity》。

关键技术方法上，研究人员于2016至2022年采集 B. pascuorum 雌蜂73头与 B. lapidarius 雌蜂55头，覆盖北德、北日德兰、菲英岛、西兰岛、瑞典海岸、东挪威与西挪威7个队列；经腿组织DNA提取、Tn5转座酶标签化文库构建及Illumina NovaSeq双平台测序后，用PALEOMIX流程去接头、BWA-MEM比对至各自参考基因组（BomPasc1.1与BomLapEIv1），BCFtoolscall变异、VCFtools质控（过滤缺失率>20%、深度5–40X、MAF≥0.05、去除近缘同巢个体）；继而用PLINK做连锁不平衡（LD）剪枝（r2<0.3），以EIGENSOFT smartPCA做主成分分析（PCA）、ADMIXTURE做K=1–5模型聚类、Treemix做最大似然系统树，PLINK与VCFtools计算F_ST、D_xy、Tajima’s D、杂合度及纯合片段（RoH），滑动窗口（25 kb窗口/12.5 kb步长）扫描基因组分化热点。

研究结果部分，在“全基因组测序”小节中，研究人员获得中位32.7百万reads/标本、均值16X覆盖，质控后B. pascuorum保留61个体2,839,545 SNP，B. lapidarius保留45个体1,464,934 SNP，且年际（2017与2022）无显著时间分层。“基因组结构与分化”小节里，PCA显示两物种均呈显著亚结构：B. lapidarius分挪威/瑞典、北日德兰/菲英、德国三簇（PC1–2 Tracy-Widom检验p<0.01），西兰两标本近挪瑞簇但沿PC2偏向其他丹麦样点；B. pascuorum 中挪瑞为一簇，德、丹各成簇，北日德兰与北德再沿PC3分开。ADMIXTURE与Treemix一致支持德国种群作基干分支，挪瑞与丹麦内部关系各异，部分丹麦亚群无高支持率分离。“基因组多样性与近交”小节中，两物种F统计近交系数?0.03至0.04间无群体差异；B. lapidarius 挪瑞簇杂合度显著低于菲英/北德/北日德兰，德国与挪瑞RoH占基因组比例差异显著（均值1.69%）；B. pascuorum 西挪威杂合度显著低于菲英/北德/北日德兰，RoH长度均值32 kb但组间不显著，B. lapidarius 整体杂合度高于B. pascuorum且RoH更短占比更高。“全基因组分化与基因组架构”小节揭示，B. lapidarius 分化低且均匀铺布于前95个scaffold（F_ST背景约0.01–0.04），仅零星>99百分位窄峰；B. pascuorum 分化则集中於2号染色体等若干兆碱基区，含推定染色体倒位，且该区域高变异性PCA单独成轴，与其已知体色多态（subspecies sparreanus、pallidofacies、floralis、mniorum）地理分布吻合。

讨论与结论翻译部分，研究人员指出：尽管两物种为常见种，北欧~300 km尺度已现由海洋屏障与人为景观共同塑造的细尺度结构；B. lapidarius 全基因组较均匀分化反映一般隔离漂变，B. pascuorum 分化聚集于倒位等架构性区域暗示体色多态的遗传底物与潜在平衡选择；人为土地利用（城市化、农业集约化）在无海洋阻隔的德丹区间亦阻碍基因流，提示“常见种”连通性易被高估。研究强调需将基因组架构、景观类型与有效种群大小（N_e）一并纳入熊蜂保护单元划分，尤须保护挪瑞预估避难所内的栖息地异质性，以缓冲21世纪种群衰退。