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夏威夷树蜗牛物种(Achatinella apexfulva)最后一只成员,被亲切地称为乔治的去世,在新年第一天给保护主义者带来了悲伤的一年。但有理由希望今年结束时会比开始时好,因为DNA和RNA测序的进步正在开启保护基因组学的新时代。
在离乔治和其他濒危蜗牛近亲的栖息地不远的地方,另一个被带到灭绝边缘的本地物种正在通过密集的基于基因组的保护工作而复苏。
疾病、捕食者和栖息地缩小导致夏威夷仅存的鸦科物种“alalā”(Corvus hawaiiensis)在野外完全消失。圣地亚哥动物园全球开展的圈养繁殖计划成功地拯救了九只“alalā”,并成功繁殖了大约140只。但圣地亚哥的科学家们希望做得更好;圈养的鸟类孵化成功率低,并且由于近亲繁殖而出现遗传多样性不良的迹象,其中大部分种群都与一对单一的创始鸟类有关。
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因此,“alalā”的饲养员转向了遗传学。
通过生成高质量的基因组组装,科学家可以查明可能加速物种走向灭绝的问题,并使用这些信息来指导繁殖和其他计划,以取得更成功的结果。
考虑到这一点,来自圣地亚哥和夏威夷大学的一个研究团队使用来自Pacific Biosciences的先进DNA测序技术,为鸟类生成了有史以来最完整的基因组组装之一。这种全面的基因组路线图正在为Corvus hawaiiensis的种群水平多样性、遗传负荷和疾病易感性提供关键线索。
鸮鹦鹉是保护遗传学在行动的另一个极好例子。这种原产于新西兰的鹦鹉科无翅成员在最近几十年经历了如此严重的种群瓶颈,以至于剩下的125只鸟类中有许多不育。杜克大学和其他机构的科学家使用了同样类型的DNA测序技术来生成参考级的鸮鹦鹉基因组组装。基于最初组装的成功,他们现在正在通过众筹项目对剩下的现存鸟类进行重新测序,并且人们非常希望基因组分析能够揭示广泛不育和其他问题的根源。
高质量的参考基因组不仅仅是保护科学家的便利资源;它们还可以阐明物种如何与其生态系统相互作用并做出贡献。毕竟,保护生物多样性的承诺需要保护整个生态系统,以使其所庇护的物种获得最佳的生存机会。
一些国际联盟已经认识到这种资源的价值,创建了大小生物的全球基因组方舟。脊椎动物基因组计划(VGP)是一个国际联盟,由来自12个国家50个学术、工业和政府机构的150多名科学家组成,在2018年发布了预计66,000个高质量参考基因组中的前15个,并预计将在2019年增加数百个,代表地球上现存260个脊椎动物目中的至少一个物种。地球生物基因组计划(EBP)是“生物学的一项登月计划”,旨在10年内对地球上所有真核生物的生物多样性进行测序、编目和表征。
植物、真菌和细菌物种也在使用先进技术进行大规模测序。昆虫计划包括i5k计划,该计划旨在对5,000个节肢动物基因组进行测序,而英国国家类型培养物收藏和惠康桑格研究所的NCTC 3000计划则对另一种生物进行了测序:3,000株细菌。玉米NAM创始人的全基因组组装、高粱的泛基因组分析项目和开放绿色基因组计划是创建重要的陆生植物和农作物参考集合的多个多机构努力的一部分。
通过尽早有效地采用保护基因组学方法,早在植物或动物物种濒临灭绝之前,我们就可以在成功几率最高的时候开始保护生态系统,而不是在情况如此糟糕以至于拯救该物种需要付出巨大努力的时候。
通过VGP和其他努力,今年将有数百种珍爱的生物获得高质量的参考基因组。让我们希望夏威夷蜗牛乔治的遗产能启动一场对抗物种灭绝的竞赛,其速度将比蜗牛的速度更快。