南岛扩散与澳洲野狗：重测序揭示澳洲野狗起源之谜 | 群体遗传

在广袤的太平洋上，澳大利亚是一块非常神奇的大陆。澳洲和古大陆脱离的时间较早，所以澳洲大陆上的动物也很早被和其他动物分割开来，经历了独特的进化历程。澳大利亚基本没有真兽亚纲哺乳动物（胎盘动物），本土哺乳动物主要是袋鼠、考拉、鸭嘴兽这些较为古老的，原兽亚纲和后兽亚纲（有袋类）动物，物种组成与其他大陆差异颇大。

不过尽管澳大利亚与其他大陆相距甚远，但欧美探险家登上澳洲大陆之时，却发现这里早已经有了本土居民——这些人的外貌看起来与他们曾经在非洲大陆上见到过的土著十分类似。经过多年的考古和分子生物学研究，人们终于研究清楚，澳大利亚土著早在约5万年前就已经踏上了这片大陆。

让探险家们觉得眼熟的，还有一种哺乳动物：澳洲野狗。澳洲野狗被当地土著称作dingo，看起来与其他大陆随处可见的野狗别无二致，无论是毛色还是体型，都与其他大陆的亲戚们差异不大，只有叫声，听起来更像是狼的吼声。看来澳洲野狗不同于澳洲土生土长的袋狼，是一名“外来客”。人能够制作独木舟、小木筏渡过大海，狗狗想要靠游泳远涉重洋则显然不太可能，那么可以推想，澳洲野狗是澳大利亚的土著居民定居于此时一起带来的伙伴啰？

可事实并非如此，澳洲野狗留下的痕迹最早只有三千多年历史，而且澳洲野狗虽然遍布澳大利亚，可在塔斯马尼亚岛上并无分布。要知道，塔斯马尼亚和澳大利亚大陆分隔开是12000年前的事，也就是说，澳洲野狗的历史并不如澳洲土著人那样悠久，它的足迹留在澳洲大陆上的时间不超过12000年。早先的一些研究也发现，澳洲野狗与东亚家犬的亲缘关系相当近，可能是近期才随着人类一同来到澳大利亚，并在澳大利亚完成了自然的野化。

所以澳洲野狗究竟是被谁带到这片辽阔的土地上来，从此繁衍生息的呢？研究者的目光锁定了人类另一次伟大的远征：南岛扩散（Austronesian Expansion）。南岛扩散并不是人类旅居到某一个小岛上，而是从3000多年前开始，人类将自己的居住范围扩展到一系列岛屿上的过程的总称。最西到非洲的马达加斯加，最东到靠近美洲的复活节岛，这里的原住民都说着类似的语言，有类似的体态特征，其共同的祖先可能是来源于台湾岛或福建。不过值得注意的是，南岛扩散的过程虽然将人类带到了太平洋的大大小小诸多岛屿上，却唯独没有涉足澳大利亚，这里仍被几万年前就到来的澳洲土著人所占据。所以澳洲野狗究竟是不是随着南岛扩散的脚步来到澳大利亚的，仍然存疑。

（看到这里，你可能会问，Austronesian看起来不是很像Australia吗？为啥南岛扩散反而没有澳大利亚啥事？事实上，这两个词都起源于Auster，罗马神话中南风神的名字，澳大利亚命名的时候是南方的australis+地名后缀-ia，而Austronesia则是austro+岛屿nesos+地名后缀-ia。所以两者虽然有着共同的词源，却一个意为“南方大陆”，一个意为“南方群岛”。至于南岛人为什么“三过澳大利亚而不入”，这个谜团仍然有待揭开。）

南岛扩散的推测路线与时间

为了揭开澳洲野狗的起源，张亚平院士课题组牵头的国际研究团队展开了针对这一特殊物种的重测序研究，研究选取了10个澳洲野狗个体和2只新几内亚歌唱犬（New Guinea singing dog, NGSD）个体进行了全基因组重测序，并且从数据库中选取了97个世界各地家犬或者灰狼个体的重测序数据（包含一个澳洲野狗个体）加入研究中。研究于今年2月3日发表于《Nature Communications》。

什么？个体数量太少了？这是因为在外来人口大量进入澳大利亚的时候，也将其他大洲的各种各样的宠物狗或者猎犬带到了这里，并和当地的澳洲野狗发生了频繁的杂交，现在在澳洲的种群可能多少都有外来的基因渗入。所以想采到血统纯正的澳洲野狗，保证研究的准确可靠便成了一大难题。而面临同样处境，且生存环境更为狭窄的新几内亚歌唱犬所能采到的个体就更加稀少了。

样本的测序深度为平均14.7×，数据库数据的测序深度为平均14.6×。测序数据使用BWA软件比对到狗参考基因组canFam3上，使用GATK call变异并对变异进行严格过滤后，得到了约24.7M个SNP用于后续分析。基于得到的SNP数据，研究者使用VCFtools计算了遗传多样性，使用smartPCA进行了主成分分析，使用ADMIXTURE进行了群体结构分析，使用MEGA7和RAxML构建了NJ和ML系统发育树，并且使用TreeMix软件分析了群体遗传关系。

从主成分、群体结构以及进化树来看，研究选取的个体可以分为三个类群：狼（W）、家犬和澳洲野狗/新几内亚歌唱犬（D/NGSD）。而家犬群体可以更进一步分成欧洲犬和亚洲犬两个亚群体。澳洲野狗与家犬群体出现了较为明显的遗传分化，而与新几内亚歌唱犬基本没有出现遗传分化。与它们亲缘关系最接近的是印度尼西亚的本地犬，进化树中印尼犬与它们聚在一枝。值得注意的是，澳洲野狗和新几内亚歌唱犬这一枝枝长较长，结合核酸多样性的分析结果，显示了澳洲野狗和新几内亚歌唱犬曾经历过严重的瓶颈事件或长期处于有效群体大小很低的状态。另外，使用35只澳洲野狗的线粒体序列进行系统发育树构建，进一步说明了澳洲野狗也根据地域分化成了两个亚群，东部和南部沿海区域的澳洲野狗以及新几内亚歌唱犬聚成了一个亚群体。

主成分分析、群体结构与进化树（W，狼；BV，中国/东南亚以外的狗；NI，华北地区土狗；TW，台湾岛土狗；SI，华南地区土狗；D，澳洲野狗；NGSD，新几内亚歌唱犬；IN，印尼犬）

为了弄清澳洲野狗的分化时间，研究者使用了G-PhoCS软件对群体历史进行了研究。基于1.3×10-9每位点每年的突变速率和3年一代的世代长度假设，分析显示澳洲野狗和印尼犬的分化时间在8300年前（置信区间：5400-11200年），而印尼犬从东亚的土狗分化出来的时间约在9900年前（置信区间：6500-12700年）。研究者还使用smc++模型对种群历史进行了推测，显示澳洲野狗和印尼犬的分化时间在约9100年前，与G-PhoCS的分析结果基本一致。结果同时显示，在分化之后，澳洲野狗和新几内亚歌唱犬都经历了种群大小下降的过程。

上述结果为我们弄清了在9900年-8300年前澳洲野狗的祖先从东南亚迁移到澳大利亚的历史，同时也推翻了澳洲野狗来源的两个假说：1）基于形态学和基因流研究认为澳洲野狗起源于印度；2）澳洲野狗由南岛扩散过程引入澳洲，在约3600年前到达新几内亚。由于澳洲野狗与印尼犬的分化时间显著早于南岛扩散过程，我们可以推断一次未知的人类迁徙将澳洲野狗的祖先引入了澳大利亚。

种群历史与有效种群大小分析

最后，研究者利用多种手段对澳洲野狗基因组中受到选择的区域进行了研究，并且从中发现了50个可能受到选择的基因，这些基因多与消化、代谢、繁殖有关，反映了澳洲野狗迁移新的生态环境，并在食性、繁殖等生理机制上进行适应的过程。尤其是家犬在人类驯养下进食大量谷物类食物，而野生的犬科动物则主要以肉类为食。所以在被人类驯养的狗重新野化的过程中，食性的变化是非常重要的一环。同时研究者还发现，有13个受到选择的基因，相比于狗，与狼的同源基因更为相似。对这些基因进一步分析发现这些基因受到的选择并非发生在驯化期间而是发生在野化期间，其中有2个基因（ARHGEF7和PANX2）与神经发育有关，对ARHGEF7进行了验证，发现澳洲野狗的该基因的突变的确影响基因的表达。

靠谱er点评：

每一篇优秀的科研文章背后，都有一个引人入胜的科学故事。澳洲野狗究竟是何时，和谁一起来到了澳大利亚这片神奇的土地，从此繁衍生息的呢？随着技术的进步，我们终于有办法利用测序分析来揭晓这个问题背后的答案。但是本文又不仅仅是测序研究，这背后的故事有无数的考古学、语言学、动物生理学背景，才终于从动物种群的这个角度，为我们描绘了一幅波澜壮阔的人类历史画卷。

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