山狮，或美洲狮，总是靠近猎物，“所以它一定是在附近的峡谷里躲了一整天，”霍华德·休斯医学研究所研究员贝丝·夏皮罗说，她是UCSC的进化生物学家。

威尔默斯已经知道了这种顽固的美洲狮，他给它戴上了无线电项圈，并给它打上了标签，作为对加州山狮长期研究的一部分。但现在，这只被称为36m的动物变得更加出名了:它是第一个被科学家破译完整基因组的美洲狮。

夏皮罗、威尔默斯和他们的同事于2019年10月18日在该杂志上报告说，3600万人基因中的信息可能会导致更好的保护策略自然通讯。威尔默斯说，北美的许多美洲狮种群正变得越来越孤立。这增加了他们屈服于近亲繁殖及其后果的可能性——心脏受损和精子畸形等严重异常。但是有了完整的基因组信息，科学家们可以精确地确定需要新基因涌入的种群，或者确定在种群之间迁移的最佳美洲狮。

夏皮罗说，这样的工作可以阻止近亲繁殖，并有助于防止当地人口灭绝。“这是第一次以这种方式使用整个基因组。”

美洲狮处于危险之中

该团队的新测序工作并不是第一次解开美洲狮遗传秘密的努力。遗传学家斯蒂芬·奥布莱恩(Stephen O'Brien)、分子生态学家沃伦·约翰逊(Warren Johnson)和其他人多年来的艰苦研究表明，佛罗里达州为数极少的美洲狮(也被称为美洲狮或美洲豹)已经变得危险地近亲繁殖，导致心脏穿孔和睾丸缺失等健康缺陷。这些异常威胁到动物的繁殖能力。

研究小组还证明，1995年从西德克萨斯州引进的8只雌性美洲狮增加了足够的新基因，以促进健康，并帮助种群从大约30只增加到120多只。但该团队的努力受到当时可用的基因技术的限制，这些技术依赖于分析分散在整个基因组中的DNA或标记的小快照。因此，科学家们对美洲狮的基因并没有一个完整的了解。

动物的每个基因都有两个版本——一个来自母亲，另一个通常来自父亲。这意味着后代具有保持种群健康所需的遗传多样性。但当种群变得小而孤立时，近亲之间就会相互繁殖。结果，遗传多样性急剧下降，许多基因组位置最终出现了一个基因的两个相同版本。在注入德克萨斯美洲狮基因之前，在近亲繁殖的佛罗里达黑豹身上发现了扭曲的尾巴、受损的心脏和畸形的精子，这时动物就会发生奇怪的事情。

仅使用DNA标记，科学家就可以估计出一个种群中遗传变异的平均数量，并大致了解近亲繁殖的水平。但这种方法不能说明这些标记之间的DNA主要片段是否包含相同的基因拷贝。这些相同基因拷贝的运行是至关重要的，约翰逊说，他在沃尔特里德生物系统学单位工作，隶属于史密森尼保护生物学研究所的物种生存中心。爱博网投领导者

这些延伸的数量和长度提供了一个精确的衡量近亲繁殖的程度和最近的时间，因此，一个种群离跌落基因悬崖有多近。夏皮罗解释说，近亲繁殖不是一个缓慢而渐进的过程。相反，一旦具有相同拷贝的DNA积累了足够长的序列，近亲繁殖的影响就会突然发挥作用，就像关掉电灯开关一样，她说。

从猛犸象到美洲狮

夏皮罗最著名的工作是从古代骨骼中恢复和测序微小的DNA片段，绘制猛犸象和其他现已灭绝的动物数量减少时的基因变化。但她也对将同样的技术应用于现有的生物有着浓厚的兴趣，比如北美美洲狮。她想了解更多关于灭绝的基因途径，并可能阻止这些生物遭受同样的命运。有一天，当两位科学家与威尔默斯谈论圣克鲁斯狮的数量时，他们意识到遗漏了一个关键的信息:美洲狮的完整基因序列。

利用威尔默斯已经从美洲狮36m身上采集的血液，夏皮罗和她的团队，包括研究生内达·萨雷米和博士后梅根·苏普莱，读取了美洲狮的整个基因组，作为该物种的参考。然后，为了进行比较，他们使用存储的样本对其他九只美洲狮的基因组进行了测序——一只来自圣克鲁斯地区，两只来自圣莫尼卡山脉，一只来自黄石公园，三只来自佛罗里达，一只来自巴西。

这项工作让夏皮罗看到了在佛罗里达州花了数年时间才弄清楚的事情——德克萨斯美洲狮的易位促进了佛罗里达美洲豹的遗传多样性和健康。这些序列也带来了新的见解:即使在混合了德克萨斯州的DNA之后，佛罗里达州的人口仍然比以前认为的更接近遗传边缘。夏皮罗解释说:“最大的收获是，易位是有效的，但由于它们继续近亲繁殖，灯光将会熄灭。”

同样，圣克鲁斯山脉的人口“也没有我们预期的那么好，”她说。这10个基因组还提供了有争议的线索，表明美洲狮在北美存在的时间可能比之前认为的要长得多——多达30万年，而不是不到2万年。“贝丝和她的学生能够从10个人身上学到的东西大大扩展了传统使用的DNA标记所能推断的东西，”约翰逊说。

随着科学家们加快全基因组测序，将会有更多的见解。加州大学洛杉矶分校La Kretz加利福尼亚保护科学中心主任布拉德·谢弗(Brad Shaffer)解释说，对一个物种范围内的许多个体进行全基因组测序“非常有价值”。“这可以告诉我们很多关于气候适应和其他关键保护目标的潜力。”随着成本的迅速下降——夏皮罗说，读取3600万只狮子的基因组大约需要1万美元，而几年前为3万美元，而后续的狮子测序每只只需400美元——奥布莱恩和其他人正在推动更大的努力。诺瓦东南大学的奥布莱恩说:“我们应该对捕获的每一种生物进行全基因组测序。”

夏皮罗的工作已经为美洲狮个体和种群的基因健康带来了新的关注，为更有效的保护策略指明了道路。例如，孤立的种群可能受益于跨越主要高速公路的野生动物桥梁，使动物能够更广泛地漫游。在其他情况下，科学家可能需要将动物从一个地区转移到另一个地区。总的来说，更完整的基因组图谱使我们有可能发现近亲繁殖风险最大的种群——以及易位的最佳候选者。

“现在我们可以做出更明智的决定，”约翰逊说。“过去，我们根据有限的遗传信息做出决定。”他说，这种新方法消除了人类基因遗传的许多不确定性。它还为如何保存遗传变异提供了线索，并可能帮助种群适应变化。

尽管美洲狮36m没能活着看到这些进步，但它的基因遗产将继续存在。威尔默斯在一篇致敬文章中写道:“尽管无论以何种标准衡量，3600万都是一只厉害的美洲狮，但有朝一日它可能会成为世界上最知名的美洲狮。”“(他的)将是美洲狮基因组，与其他美洲狮基因组进行比较，并用于测试各种进化和生态问题。”