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夏威夷樹蝸牛物種(Achatinella apexfulva)最後一隻成員,被親切地稱為喬治的去世,在新年第一天給保護主義者帶來了悲傷的一年。但有理由希望今年結束時會比開始時好,因為DNA和RNA測序的進步正在開啟保護基因組學的新時代。
在離喬治和其他瀕危蝸牛近親的棲息地不遠的地方,另一個被帶到滅絕邊緣的本地物種正在透過密集的基於基因組的保護工作而復甦。
疾病、捕食者和棲息地縮小導致夏威夷僅存的鴉科物種“alalā”(Corvus hawaiiensis)在野外完全消失。聖地亞哥動物園全球開展的圈養繁殖計劃成功地拯救了九隻“alalā”,併成功繁殖了大約140只。但聖地亞哥的科學家們希望做得更好;圈養的鳥類孵化成功率低,並且由於近親繁殖而出現遺傳多樣性不良的跡象,其中大部分種群都與一對單一的創始鳥類有關。
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因此,“alalā”的飼養員轉向了遺傳學。
透過生成高質量的基因組組裝,科學家可以查明可能加速物種走向滅絕的問題,並使用這些資訊來指導繁殖和其他計劃,以取得更成功的結果。
考慮到這一點,來自聖地亞哥和夏威夷大學的一個研究團隊使用來自Pacific Biosciences的先進DNA測序技術,為鳥類生成了有史以來最完整的基因組組裝之一。這種全面的基因組路線圖正在為Corvus hawaiiensis的種群水平多樣性、遺傳負荷和疾病易感性提供關鍵線索。
鴞鸚鵡是保護遺傳學在行動的另一個極好例子。這種原產於紐西蘭的鸚鵡科無翅成員在最近幾十年經歷瞭如此嚴重的種群瓶頸,以至於剩下的125只鳥類中有許多不育。杜克大學和其他機構的科學家使用了同樣型別的DNA測序技術來生成參考級的鴞鸚鵡基因組組裝。基於最初組裝的成功,他們現在正在透過眾籌專案對剩下的現存鳥類進行重新測序,並且人們非常希望基因組分析能夠揭示廣泛不育和其他問題的根源。
高質量的參考基因組不僅僅是保護科學家的便利資源;它們還可以闡明物種如何與其生態系統相互作用並做出貢獻。畢竟,保護生物多樣性的承諾需要保護整個生態系統,以使其所庇護的物種獲得最佳的生存機會。
一些國際聯盟已經認識到這種資源的價值,建立了大小生物的全球基因組方舟。脊椎動物基因組計劃(VGP)是一個國際聯盟,由來自12個國家50個學術、工業和政府機構的150多名科學家組成,在2018年釋出了預計66,000個高質量參考基因組中的前15個,並預計將在2019年增加數百個,代表地球上現存260個脊椎動物目中的至少一個物種。地球生物基因組計劃(EBP)是“生物學的一項登月計劃”,旨在10年內對地球上所有真核生物的生物多樣性進行測序、編目和表徵。
植物、真菌和細菌物種也在使用先進技術進行大規模測序。昆蟲計劃包括i5k計劃,該計劃旨在對5,000個節肢動物基因組進行測序,而英國國家型別培養物收藏和惠康桑格研究所的NCTC 3000計劃則對另一種生物進行了測序:3,000株細菌。玉米NAM創始人的全基因組組裝、高粱的泛基因組分析專案和開放綠色基因組計劃是建立重要的陸生植物和農作物參考集合的多個多機構努力的一部分。
透過儘早有效地採用保護基因組學方法,早在植物或動物物種瀕臨滅絕之前,我們就可以在成功機率最高的時候開始保護生態系統,而不是在情況如此糟糕以至於拯救該物種需要付出巨大努力的時候。
透過VGP和其他努力,今年將有數百種珍愛的生物獲得高質量的參考基因組。讓我們希望夏威夷蝸牛喬治的遺產能啟動一場對抗物種滅絕的競賽,其速度將比蝸牛的速度更快。