中国兽类遗传与进化研究进展与展望

中国兽类物种丰富,且具有150个特有种。本文综述了60年来中国兽类遗传与进化的研究进展,内容涵盖系统发育关系重建、遗传多样性评估、种群遗传结构、适应性进化以及趋同进化的分子机制。本文重点概述了食肉目（大、小熊猫）、有蹄类、翼手目、灵长目、小型兽类以及海兽类等重要类群的研究进展,为中国兽类的物种保护提供了重要资料。另外,本文还对中国兽类遗传与进化研究未来的研究方向提出几点建议,包括运用各种组学技术、筛选新型遗传标记和候选基因（调控序列）、结合表观遗传学并借助进化发育生物学研究方法,以期全面深入地理解中国兽类分类地位、起源以及特异表型产生和独特适应的发育遗传学机制等,进而实现“天人合一”保护生物学的新理念和新愿景。     

基干鲸类的多样性及其与中兽和偶蹄类的系统关系(英文)

在鲸类的演化历史中,由陆生动物转化成完全的水生动物的过程是一个由来已久的演化谜题。基干鲸类的多样性很高,化石记录也很完整。5个科一级的基干鲸类演化支系组成一个并系类群,包括:巴基鲸科(Pakicetidae)、游走鲸科(Ambulocetidae)、雷明顿鲸科(Remingtonocetidae)、原鲸科(Protocetidae)和龙王鲸科(Basilosauridae)。最基干的鲸类巴基鲸科动物可能是一种半水生动物,生活在接近淡水的环境中,代表了陆生偶蹄类向水生鲸类演化的初始一步。更为进步的游走鲸类具有更多适应于水生生活的特征,而且可能更加适应于海水环境。雷明顿鲸类的平衡觉器官和声音传导机制已经表现出向现代鲸类方向演化的趋势。基于稳定氧同位素分析的研究表明,雷明顿鲸类可能完全是海生的。原鲸类的多样性非常高,是鲸类中最先实现全球分布的类群。原鲸保留有发育良好的后肢,但是它们的髂骶关节很松甚至消失。龙王鲸类是鲸类冠类群的绝灭姊妹群。鲸类与其他哺乳动物的系统关系一直存在争议,分子生物学、古生物学和形态学证据都支持鲸类与偶蹄类的亲缘关系较近,但是流行的河马-鲸类亲缘假说尚缺乏坚实的古生物学和形态学数据支持。对石炭兽类和狶类开展详细的系统分析和研究,将有助于厘清河马-鲸类亲缘假说中的不确定关系。如果不使用分子数据来限定现代鲸类和偶蹄类的系统位置,仅使用古生物学和形态学数据的分析仍然支持传统的中兽-鲸类亲缘假说。     

中国海兽研究概述

我国对海兽的研究已有80多年的历史.为了回顾我国海兽研究的历史,总结我国海兽研究的进展,并展望我国海兽研究的未来,借<兽类学报>创刊30周年之际,作者查阅了大量历史文献,并结合我们的研究积累,从鲸类、鳍脚类和其他海兽三个类群分别综述了我国海兽研究的进展.本文重点总结了我国几种代表性海兽的生态学、饲养与繁殖生物学、保护遗...     

鲸类次生性水生生活的分子适应机制

鲸类是哺乳动物进化中一个独特的类群,其祖先从陆地重返海洋的过程中,产生了形态、解剖、生理和生化等方面的一系列进化改变,是研究生物对环境适应分子机制的理想模型.本文简要概述了近年来鲸类次生水生适应的进化遗传学机制研究,包括体型改变、渗透调节、免疫防御、食性转变、感觉系统、低氧耐受等方面.随着组学技术的发展与应用,通过生物信息学分析挖掘基因组学中潜在的适应性进化区域和位点,进而利用细胞与动物模型对其功能效应进行实验验证,为今后全面、系统和深入地揭示鲸类次生性水生适应的分子机制提供了可能.     

鲸类视觉退化分子机制的研究：基于GNAT2和CNGB3基因的进化分析

鲸类是一类次生性的水生哺乳动物,其陆生祖先大约53~56Ma从陆地返回海洋。为了适应水下的弱光环境,鲸类的光感受器以视杆细胞为主,视锥细胞功能大多退化,缺乏辨别颜色的能力,然而鲸类视觉退化的分子机制尚不清楚。本文选择在视锥细胞中表达且对光传导级联反应起重要作用的GNAT2和CNGB3基因,通过PCR扩增、测序以及在数据库中下载已有的基因序列,共获得8个鲸类代表性物种的同源序列。MEGA6.0软件比对发现侏儒抹香鲸和抹香鲸的GNAT2基因分别在148位和1012位插入了1个碱基 A,而抹香鲸的CNGB3分别在554位和1407位有1个碱基的缺失,导致提前终止密码子出现;另外,小须鲸CNGB3基因在1525 ~1527位出现了提前终止密码子,提示鲸类的这两个基因可能为假基因。通过I-TASSER在线预测GNAT2和CNGB3蛋白的三维结构,发现出现移码突变终止密码子的位置均位于这两个基因的重要功能域。另外,运用PAML软件的Branch model分析表明发生假基因的鲸类物种GNAT2和CNGB3基因出现选择压力放松,且假基因化可能是一个近期事件。侏儒抹香鲸、抹香鲸以及小须鲸的GNAT2和CNGB3基因出现假基因可能与其深潜习性以及完全的水生生境导致其色觉功能丢失相关。此外,Free-ratio model分析发现其他鲸类的ω值接近于1,说明GNAT2和CNGB3基因出现了选择压力放松,这可能是长期适应水生生境视觉退化的结果。     

鲸类低氧耐受的分子机制初探:基于HIF1α和TSC1基因的生物信息学分析

鲸类（Cetacea）具有超强潜水能力,长时间潜水造成的体内低氧是其适应完全水生生活面临的挑战之一。为了克服体内低氧环境,鲸类产生了一系列低氧耐受相关的解剖和生理等方面的适应特征,然而这一适应的分子机制仍不清楚。本研究选择在细胞感知和适应内环境氧分压变化的过程中发挥重要作用的低氧诱导因子（Hypoxia-inducible factor 1α,HIF1α）和低氧环境下抑制能量代谢的结节性复合物1（Tuberous sclerosis complex 1,TSC1）基因为候选基因,选择压力检测发现鲸类TSC1基因的6个正选择位点至少被两种最大似然法（Maximum Likelihood,ML）检测到,且通过与陆生哺乳动物同源序列比较分析,鲸类鉴定出7个特异的氨基酸突变。这些正选择和特异突变位点有30.77%（4/13）发生了激进氨基酸性质改变,且正选择位点位于重要结构域附近。正选择信号主要集中在鲸类内部各支系中,提示鲸类为了适应低氧环境,这两个基因可能发生了功能改变,以保护细胞免受低氧损伤。我们在低氧耐受不同类群间共检测到66个平行/趋同进化位点,为低氧耐受不同类群的趋同的低氧适应提供了分子证据。     

贵州赤水桫椤国家级自然保护区及其周边区域鸟兽多样性红外相机监测对比

自然保护区的物种编目和常规监测是区域性和全国性生物多样性研究与监测的基础,而红外相机技术已被广泛应用于地栖鸟兽的物种编目和动态评估。本研究在贵州赤水桫椤保护区及其周边地区采用红外相机公里网格（1 km×1 km）法,选取保护区内2个样区和1个区外样区,每个样区内选取20个连续网格布设相机,系统开展鸟兽多样性监测。2016年12月至2019年12月,经过累积55 029个相机日的调查,获得动物和非工作人员的独立有效照片21 243 张,从中鉴定出野生兽类4目10科17属21种,鸟类6目13科29属34种。其中有8种为保护区的新纪录物种;所鉴定的兽类和鸟类中属国家Ⅱ级重点保护野生动物的分别为4种和8种;被列入《中国脊椎动物红色名录》易危（VU）的有8种、近危（NT）的有13种 。相对丰富度指数（RAI）处于前三位的兽类依次是毛冠鹿（Elaphodus cephalophus）、小麂（Muntiacus reevesi）、藏酋猴（Macaca thibetana）;鸟类依次是紫啸鸫（Myophonus caeruleus）、灰胸竹鸡（Bambusicola thoracicus）、画眉（Garrulax canorus）。对比分析初步显示保护区内监测到的兽类物种数和多样性（香农-威纳）指数明显高于周边地区;核心区和缓冲区的鸟兽相对丰富度和多样性指数较实验区高;保护区内在700~1000m海拔带监测到的物种数（尤其兽类）较多,但 > 1 000 m的海拔带物种多样性指数最高。本次调查结果为保护区提供了重要的兽类和鸟类资源信息,也为促进保护区鸟兽编目和重要物种的生态学研究,以及优化管理对策、实现生物多样性长期监测和有效保护提供了数据支持。     

中国科学院水生生物研究所鲸类保护生物学学科组简介

鲸类保护生物学学科组的前身是1978年秋成立的白鱀豚研究组。本学科组致力于白鱀豚、江豚、中华白海豚和扬子鳄等国家重点保护水生珍稀野生动物的保护生物学研究,重点研究濒危动物致危的内部与     

鲸类二次水生生境适应Epac1和Epac2基因的分子进化

心率即心脏跳动的速度,不仅反映了心脏的功能,还与寿命的长短及能量代谢有关。与大多数陆生哺乳动物相比,鲸类心率显著降低。降低的心率有助于鲸类寿命的延长及能量的高效利用,便于其适应极端的海洋环境,而这一适应的分子机制尚不清楚。鉴于此,本研究采用基于最大似然法的枝模型、枝位点模型结合蛋白质功能差异分析等方法,对控制心率的环状腺苷酸结合蛋白（Epac1 和Epac2）基因进行适应性探究。分析结果表明,Epac1在长寿鲸类即须鲸类和抹香鲸（Physeter macrocephalus）组合进化支中检测到加速进化过程,且枝位点模型在须鲸类祖先支中检测到的强烈的正选择位点均位于功能重要的催化区;另外,该蛋白质在鲸类中还发生了显著的功能修饰（θ=0.5296 ± 0.1300;P<0.001）。对Epac2进行相同的分析发现,该基因在寿命长达200年之久的弓头鲸（Balaena mysticetus）中检测到的正选择位点同样位于功能重要的催化区。上述结果提示Epac1和Epac2在鲸类中均产生了适应性进化,这一方面可能有助于鲸类心率降低,另一方面也可能与其较长的寿命及高效的能量利用有关。     

滇牡丹的多样性和现状评估

滇牡丹是中国西南的特有植物,在中国植物红皮书中将其定为渐危种而列为国家三级保护植物。本研究从地理分析、生态环境、形态与遗传多样性、繁殖生物学特性、迁地保护峄滇牡丹的现状进行了评估,结果表明滇庆并不渐危：（1）拥有多样化的生态环境,对生态环境有较强的适应能力;（2）具有形态多样性与遗传多样性;（3）虽然有性繁殖较困难,但无性繁殖能力强、效率高。     

中国濒危兽类保护遗传学研究进展与展望

我国是全球生物多样性大国,拥有包括大熊猫、金丝猴、华南虎、麋鹿、白鱀豚等特有物种和旗舰物种在内的丰富兽类资源。近几十年来,土地利用模式转变、盗猎、环境污染、气候变化等因素使许多兽类物种面临生存威胁,导致物种遗传多样性丧失。而遗传多样性是生物多样性的基本组成部分,决定了物种和种群能否长期生存。保护遗传学作为保护生物学的一大分支学科,旨在通过遗传学分析探明种群遗传变异和物种濒危的遗传学机制。近40年来,随着研究手段和技术的不断发展,我国兽类保护遗传学在遗传多样性和近交水平评估、景观遗传学、生态遗传学和圈养种群遗传管理等方面都取得了重要成果。然而,未来人类社会发展可能为濒危兽类带来的威胁依然存在,高通量测序等新技术的进一步发展则能够帮助我们更加深入地了解濒危物种和种群遗传适应与濒危机制,从而实现对濒危兽类的有效管理与保护。     

Black and white and read all over: the past,present and future of giant panda genetics

Few species attract much more attention from the public and scientists than the giant panda (Ailuropoda melanoleuca), a popular, enigmatic but highly endangered species. The application of molecular genetics to its biology and conservation has facilitated surprising insights into the biology of giant pandas as well as the effectiveness of conservation efforts during the past decades. Here, we review the history of genetic advances in this species, from phylogeny, demographical history, genetic variation, population structure, noninvasive population census and adaptive evolution to reveal to what extent the current status of the giant panda is a reflection of its evolutionary legacy, as opposed to the influence of anthropogenic factors that have negatively impacted this species. In addition, we summarize the conservation implications of these genetic findings applied for the management of this high‐profile species. Finally, on the basis of these advances and predictable future changes in genetic technology, we discuss future research directions that seem promising for giant panda biology and conservation.     

中国重要海洋动物遗传多样性的研究进展

海洋动物遗传多样性的研究不仅可以揭示物种的起源与进化历史,而且为遗传资源的保存、海水养殖动物育种和遗传改良及整个海洋生态环境的修复和稳定等工作提供理论依据.本文概述了近十几年来我国重要海洋动物(主要包括鱼类、虾蟹类和贝类)遗传多样性研究所取得的成果,具体阐述其在种质鉴定、系统进化、群体遗传结构分析和良种培育等方面的应用,以期进一步推动海洋动物遗传多样性研究,加快优良种质的培育,促进海水养殖业的健康发展,实现海洋生物资源的合理开发和可持续利用.     

中国濒危兽类保护基因组学和宏基因组学研究进展与展望

揭示濒危兽类的演化历史、濒危机制及适应性演化策略,是保护生物学关注的重大科学问题。近十几年来,高通量测序技术的不断发展以及多学科交叉融合,为揭示濒危物种的演化历史、遗传结构、适应性演化及其与肠道微生物的协同演化的分子机制提供了重要的技术支撑,由此产生了保护基因组学和保护宏基因组学两个分支学科,为野生动物尤其是濒危动物的保护生物学研究提供了新的方向与思路。本文综述了我国在保护基因组学和保护宏基因组学领域取得的重要进展,并展望未来的发展趋势,以期进一步推动我国濒危兽类保护生物学的发展。     

遗传多样性在啮齿动物研究中的应用

遗传多样性是物种多样性和生态系统多样性的基础,也是生命进化和物种分化的前提,更是评价自然生物资源的重要依据.遗传多样性在种类繁多的啮齿动物研究中得到广泛应用,本文综述了啮齿动物遗传多样性在鼠害防控、啮齿动物起源和分化及进化历史、啮齿动物的适应潜力、种群数量动态和调节机制、保护生物学方面研究中的应用,提出今后应系统论证种群数量动态与遗传多样性之间的关系,并对啮齿动物遗传多样性进行长期监控.
     

我国濒危哺乳动物保护生物学研究进展

本文简要论述了2010-1015年间,我国濒危哺乳动物（主要是食肉类、灵长类、有蹄类和鲸类) 保护生物学的研究进展,涉及进化保护生物学、保护生态学、保护行为学、保护生理学、保护遗传学、保护基因组学与宏基因组学和保护政策建议与实践等诸多领域。以大熊猫和金丝猴为代表的濒危动物保护生物学研究成绩显著。各项研究结果表明,大熊猫并非是一个已走到“进化尽头”的物种,仍具进化潜力。虽然大熊猫仍然面临栖息地破碎等环境问题,总的来看其种群数量在逐渐增长,栖息地面积在逐渐扩大,已走出困境并脱离“濒危”的状态,可降为“易危”。我国大熊猫的保护为世界生物多样性保护树立了成功的范例。根据国内研究进展和国际发展动态,该文还对未来保护生物学的研究提出了一些建议,包括加强长期定点监测与系统性的研究工作,加强新理论、新方法和新技术的研发及应用,加强宏微观研究手段的结合从机制上揭示科学问题,加强动物对食物、高原极端环境和水生生态环境的适应性进化分子机制的揭示,加强理论与实践相结合积极推动研究成果的应用,为濒危动物的有效保护保驾护航。     

中国植物系统和进化生物学研究进展

植物系统和进化生物学旨在探讨植物物种多样性的起源、多样化及其进化的机制, 是综合性越来越强的研究领域。2017年在深圳召开的第19届国际植物学大会(IBC 2017)为中国学者提供了一次难得的展示自身实力的机会和舞台, 同时也极大地推动了中国植物系统与进化生物学领域的研究。值此大会召开5周年之际, 本文拟就中国系统和进化生物学领域近年来取得的主要进展和突破做一简要回顾, 以帮助读者了解中国植物系统和进化研究的发展态势, 并在此基础上展望未来该领域的发展趋势以及面临的机遇和挑战。在过去5年中, 中国学者在植物系统与进化生物学领域的各个方面均取得了令人鼓舞的成绩和突破, 涉及植物起源和物种多样性格局的演变、植物分类和系统发生重建、物种形成和适应性进化、种间互作和协同进化、新性状的起源及其进化发育机制、植物多倍化的机制和多倍体进化、物种濒危机制和物种保护以及栽培植物的起源和驯化等等。这些研究成果不仅在数量上而且在质量上有显著提升, 受到国际学界的广泛关注, 意味着中国学者已经成为国际该领域研究的重要力量, 并将在国际植物系统和进化研究领域发挥更大的作用。     

Making evolutionary history count: biodiversity planning for coral reef fishes and the conservation of evolutionary processes

Anthropogenic activities are having devastating impacts on marine systems with numerous knock-on effects on trophic functioning, species interactions and an accelerated loss of biodiversity. Establishing conservation areas can not only protect biodiversity, but also confer resilience against changes to coral reefs and their inhabitants. Planning for protection and conservation in marine systems is complex, but usually focuses on maintaining levels of biodiversity and protecting special and unique landscape features while avoiding negative impacts to socio-economic benefits. Conversely, the integration of evolutionary processes that have shaped extant species assemblages is rarely taken into account. However, it is as important to protect processes as it is to protect patterns for maintaining the evolutionary trajectories of populations and species. This review focuses on different approaches for integrating genetic analyses, such as phylogenetic diversity, phylogeography and the delineation of management units, temporal and spatial monitoring of genetic diversity and quantification of adaptive variation for protecting evolutionary resilience, into marine spatial planning, specifically for coral reef fishes. Many of these concepts are not yet readily applied to coral reef fish studies, but this synthesis highlights their potential and the importance of including historical processes into systematic biodiversity planning for conserving not only extant, but also future, biodiversity and its evolutionary potential.     

Quantitative genetics in conservation biology

Most of the major genetic concerns in conservation biology, including inbreeding depression, loss of evolutionary potential, genetic adaptation to captivity and outbreeding depression, involve quantitative genetics. Small population size leads to inbreeding and loss of genetic diversity and so increases extinction risk. Captive populations of endangered species are managed to maximize the retention of genetic diversity by minimizing kinship, with subsidiary efforts to minimize inbreeding. There is growing evidence that genetic adaptation to captivity is a major issue in the genetic management of captive populations of endangered species as it reduces reproductive fitness when captive populations are reintroduced into the wild. This problem is not currently addressed, but it can be alleviated by deliberately fragmenting captive populations, with occasional exchange of immigrants to avoid excessive inbreeding. The extent and importance of outbreeding depression is a matter of controversy. Currently, an extremely cautious approach is taken to mixing populations. However, this cannot continue if fragmented populations are to be adequately managed to minimize extinctions. Most genetic management recommendations for endangered species arise directly, or indirectly, from quantitative genetic considerations.