隱藏的遺傳多樣性幫助棕樹蛇征服了關島

這種蛇原產於澳洲和南太平洋，很可能在第二次世界大戰後的某個時候通過軍用貨機抵達關島。它的到來帶來了可怕的後果。棕樹蛇導致關島許多本土森林鳥類滅絕，每年還會因攀爬電線桿和電氣設備而造成數百次停電。

在美國部分地區，蛇的數量已增加至每平方英里 30,000 條。

出乎意料的蛇入侵

這種入侵長期以來一直讓生物學家感到困惑，因為據信關島的人口最初只有少量蛇。

如此有限的創始人群體通常會造成嚴重的遺傳瓶頸。由於依賴的遺傳差異較少，近親繁殖通常會降低物種的適應能力，並降低族群快速增長的可能性。

布法羅大學進行的一項新研究於 7 月 24 日發表 科學的進步這表明棕色樹蛇擁有比科學家先前發現的更大的遺傳多樣性。

來自加州大學和美國地質調查局 (USGS) 的研究人員使用先進的長讀長定序來檢查蛇基因組的大部分。他們發現了數千種結構變異，包括被複製、刪除或重新排列的 DNA 片段。

其中許多差異存在於與免疫和嗅覺相關的基因中。

這種隱藏的遺傳多樣性可能有助於解釋一群蛇如何在激烈的近親繁殖中生存下來，適應關島並急劇擴張。

該研究的通訊作者、加州大學洛杉磯分校生物科學系副教授 Trevor Krabbenhoft 博士表示：“棕樹蛇的多樣性可能不高，但它具有重要的遺傳多樣性來源，但尚未得到充分認識。”

影響超出關島範圍的調查結果

對於花了數十年時間試圖控制關島棕樹蛇族群的機構來說，這項發現可能會令人沮喪。遺傳可塑性的增強可能使入侵物種比之前假設的更具恢復能力。

同時，這些發現可能為族群數量少或繁殖能力強的瀕危物種帶來希望。

「瀕危物種的基因可塑性可能比我們意識到的要大，」第一作者克里斯托弗·奧斯本博士說，他曾是克拉本霍夫特實驗室的博士生，現在是紐約州立大學奧斯威戈分校的水生生物學家。 “我們現在對未被充分重視的遺傳多樣性的來源有了更好的了解，這可能解釋一些內陸物種如何對其環境做出反應。”

長讀長定序揭示 DNA 中隱藏的變化

科學家對遺傳多樣性的了解大部分來自於研究個體 DNA 鹼基對的變化，例如 A 到 G 或 T 到 C。

早期的 DNA 定序工具主要是為了檢測這些微小的變化而設計的。他們在識別涉及較長 DNA 片段的主要差異方面效果要差得多。

長讀長定序使研究人員能夠檢查基因組中更大、連續的部分。這使得檢測影響 50 個或更多鹼基對的結構變異成為可能。

綜合起來，結構變異對基因組的改變大約是單鹼基對改變的八倍。

「這就像用放大鏡逐字查看兩本書的某些部分，並認為它們是相同的，但沒有意識到整個段落已被移動或重複，」Krabbenhoft 實驗室的博士後研究員 Levi Gray 博士說。 “舊的測序技術不允許我們看到一個個體的 DNA 可能位於染色體上與另一個個體的另一個位置完全不同的位置。” “我們如何定義遺傳多樣性以及如何實際測量它很大程度上取決於當前的技術。”

格雷先前在美國地質調查局工作期間研究過關島的棕樹蛇問題。透過這次合作，研究人員從美國地質勘探局棕樹蛇快速反應小組 (RRT) 獲得了 DNA，該小組致力於防止入侵物種在美國及其領土的其他地方擴散。

超過 19,000 個結構變量

當研究小組在 Krabbenhoft 實驗室分析樣本時，他們在棕色樹蛇的基因組中發現了超過 19,000 個結構變異。

這意味著研究人員發現了大約 19,000 個 DNA 部分因重複、缺失或重排而有所不同的位置。

這些差異並不是隨機分佈在整個基因組中的。相反，它們專門出現在與免疫功能和嗅覺或嗅覺有關的基因中。

棕樹蛇嚴重依賴氣味來導航和捕獵。透過點擊分叉的舌頭，它們從空氣中收集化學訊號，幫助它們定位潛在的獵物。

它們的嗅覺基因中發現的不尋常的多樣性也有助於解釋行為之謎。眾所周知，棕樹蛇會在其原生棲息地吃掉其他蛇，但幾乎沒有證據表明它們在關島經常互相捕食。

格雷說：“蛇敏銳的嗅覺可能會讓它們將彼此視為兄弟姐妹，尤其是考慮到它們的近親繁殖程度很高，而不是獵物。”

關島是否出現了遺傳多樣性？

科學家們仍然不知道這些結構變異是否在蛇到達關島之前就已經存在，或者是否有些是在入侵開始後才出現的。

巨大的基因組變化通常會在許多世代中累積。然而，一些研究表明，嚴重的人口瓶頸可能會加速結構變異的發展。

確定這些變化何時出現需要與原生地的棕色樹蛇進行比較。

「這種多樣性是否有可能是在入侵後出現的？確實如此，但我們必須對本地蛇進行測序才能確定，」格雷說。

其他合著者包括美國地質調查局科學家 M. Renee Bellinger 博士和 Melia Navos 博士，以及布法羅大學研究科學家 Brian Foote、博士後研究員 Steven Fleck 博士以及博士生 Sarah Chang 和 Hannah Waterman。