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原文在此:http://jhered.oxfordjournals.org/content/100/suppl_1/S80.abstract
加拿大安大略省混种狼的基因特征
Genetic Characterization of Hybrid Wolves across Ontario
PAUL J. WILSON, SONYA K. GREWAL, FRANK F. MALLORY, AND BRADLEY N. WHITE
From the Natural Resources DNA Profiling and Forensic Centre, Trent University, Peterborough, Ontario, Canada (Wilson, Grewal, and White); and the Department of Biology, Laurentian University, Ramsey Lake Road, Sudbury, Ontario, Canada (Mallory).
摘要 Abstract
生活在加拿大安大略省(Ontario)的狼被分为四“类”:1) 栖息于亚北极苔原的哈德逊湾狼Canis lupus hudsonicus;2) 分布在寒带森林的东部森林狼Canis lupus lycaon的一个类型(安大略型Ontario type);3) 生活在五大湖落叶阔叶林地区的东部森林狼的另一个类型(阿岗昆型Algonquin type);以及4) 分布于安大略省中部的另一种狼(特威德型Tweed type),被认为是阿岗昆型东部森林狼和郊狼Canis latransn的混血。通过测序线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)的控制区序列(control region sequences)和8个微卫星位点,我们得到了安大略省269只狼的DNA图谱。mtDNA测序显示,这些狼主要是来自阿岗昆公园(Algonquin Park)和Frontenac Axis南部的郊狼和东加拿大狼Canis lycaon,以及安大略省北部的灰狼。贝叶斯聚类(bayesian clustering)分析按照mtDNA类型,把安大略省北部的狼分为一组,阿岗昆东部和特威德型的狼分为另一组。个体聚类(Individual clustering)分析将这些狼分为三类:1) 安大略省北部的狼、2) 东加拿大狼和3) 来自Frontenac Axis的特威德狼。基因组分析显示,特威德狼是郊狼和东加拿大狼的混血种,我们以此描绘出了东加拿大狼在安大略省的分布。在五大湖地区,人们曾有发现东加拿大狼C. lycaon和灰狼C. lupus间的混种,并且这种杂交在将来还有可能出现。在这些地方,狼的种群结构很简单,同时我们有关阿岗昆型的调查发现,在这个庞大的北部复合种群中,安大略型和阿岗昆型的基因流动还将继续。
关键词 Key words:东加拿大狼 Canis lycaon、遗传学 genetics、灰狼 gray wolf、杂交 hybridization
加拿大的安大略省中部生活着各种“类型”的狼,以至于这片地区常被人们称为“犬属集合地(Canis soup)”。其中一些复合类型始发现于1900年代早期,是安大略省西部的郊狼 Canis latransn和狼的混种(Kolenosky and Standfield 1975)。尽管相似的杂交也在北美西北部出现了,但那里并没有像安大略省一样,在狼的栖息地内形成这样的一片犬属集合地。在1975年,Kolenosky和Standfield在研究中,根据头骨形态将这些狼分为了四个“种类”(图1A)。在詹姆斯湾和哈德逊湾沿岸的亚北极苔原上,生活着灰狼的一个亚种,哈德逊湾狼 Canis lupus hudsonicus。在哈德逊湾低地的寒带森林中,栖息着灰狼的另一个亚种,东部森林狼 Canis lupus lycaon,并被称为“安大略型”。在五大湖地区的落叶阔叶林里,分布着东部森林狼的另一种类型,“阿岗昆型”。第四个种类被称为“特威德狼”,他们被认为是东部森林狼 C. l. lycaon和郊狼 C. latrans的混血。
以往的研究对安大略省的狼类型的分布评估。
(A) Kolenosky and Standfield (1975)的结论显示阿岗昆型的北限和安大略型的南限在安大略省的中部。大圆圈示阿岗昆省立公园,小圆圈是特威德狼的分布位点。
(B) Nowak (1995)认为的灰狼 Canis lupus各亚种的分布状况,显示安大略省大部分地区都被大平原狼 Canis lupus nubilus占据,这个亚种同样广泛分布在美国的大平原地区,而东部森林狼 Canis lupus lycaon的分布范围则较小。
在过去的一个世纪里,北美狼的分类经历了多次的修订。灰狼 Canis lupus被认为是起源于旧世界(Old World, OW)的物种,并且在300000年前的更新世(Pleistocene)伊利诺伊冰期(Illinoian period)通过白令陆桥(Bering Land bridge)迁移到了新世界(New World, NW)(Nowak 1979; Kurten and Anderson 1980)。许多研究者都有提到过北美狼在毛色、体型和体重上存在庞大复杂的多样性,Miller (1912)的研究致力于提供一个可以描述形态复杂性的分类学框架。在北美东部,他以形态特征为基础,识别出了5个物种,包括东加拿大狼 Canis lycaon、弗罗里达狼Canis floridanus、灰狼 Canis lupus、红狼 Canis rufus和Canis frustror(后被分为红狼的一个亚种)。往后的研究也根据头骨形态对灰狼进行分类。Pockock (1935)认为Miller (1912)分类的许多种实际上都是灰狼 C. lupus的亚种,不过仍将东加拿大狼保留为独立的种 C. lycaon。经过多次修订后,Goldman (1944)终于给出了一个全面的分类框架,其中将东加拿大狼被归为灰狼的亚种东部森林狼 C. l. lycaon,并且该亚种是在安大略省有分布的唯一一种狼。Hall and Kelson (1959)将生活在哈德逊湾沿岸的狼分类为哈德逊狼 C. l. hudsonicus,不过此后Nowak (1983)和Mulders (1997)都表示哈德逊狼 C. l. hudsonicus应该归为加拿大森林狼 Canis lupus occidentalis,而非独立的亚种。Nowak (1983, 1995)进一步说明,将北美洲的狼分为5个亚种是考虑到了更新世残留栖息地(Pleistocene refugia)的影响,而其中3个分布在安大略省的亚种(加拿大森林狼 C. l. occidentalis、大平原狼 Canis lupus nubilus和东部森林狼 C. l. lycaon)的分类则是依据头骨的结构(图1B)(Nowak 1995)。根据这些建议的分类方法,安大略省的大部分地区都生活着大平原狼C. l. nubilus,这是个原本大量分布在美国中部平原地区的亚种。
早期的五大湖狼群基因研究(Lehman et al. 1991; Wayne and Lehman 1992; Wayne et al. 1992)显示,在安大略省西北、明尼苏达州(Minnesota, MN)和阿岗昆公园中都生活着“混血”的狼,并且这些杂交种群还在向魁北克(Quebec)南部扩散。这些推断都基于人们在这些区域的狼的线粒体DNA(mtDNA)中同时发现了大量来自于灰狼和郊狼的DNA。最近一个研究显示,生活在阿岗昆公园的东部森林狼和红狼C. rufus非常相似,两者都是在300000年前从郊狼分化而来,但真正的灰狼是在一百万年前开始分化的(Ma; Wilson et al. 2000)。这进一步说明了此物种应该是独立的,即东加拿大狼 C. lycaon (Pockock 1935; Peterson 1966),而非灰狼的亚种东部森林狼 C. l. lycaon。红狼C. rufus和东加拿大狼 C. lycaon与郊狼 C. latrans的进化关系,可能和在北美东部存在姐妹种的混种杂交现象,但西部没有记录过的现象有关(Roy et al. 1994; Forbes and Boyd 1997; Pilgrim et al. 1998)。更多有关基因方面的研究都证实了北美东部有独立于灰狼的犬属物种存在(Bertorelle and Excoffier 1998; Hedrick et al. 2002; Wilson et al. 2003)。
尽管有关安大略犬属动物的分类经历了多次修改,但很少有研究涉及该地混种动物对原本存在于各个类型(Kolenosky and Standfield 1975)或亚种(Nowak 1995)间的基因交流障碍的可能影响。自从欧洲人到达北美洲以来,人类就开始了各种对自然环境的改变,诸如砍伐森林、耕作、设陷阱、下毒、狩猎,这些都严重影响了原本广泛分布于墨西哥、美国48个州以及加拿大南部的狼的生存,同时也给郊狼提供了种群扩散的机会,另外还打破了郊狼和东加拿大狼之间的生殖障碍。东加拿大狼 C. lycaon被认为是起源自美洲的狼种(Nowak 1983; Wilson et al. 2000),他们可能会和来自欧亚大陆的灰狼 C. lupus之间存在一定的生殖隔离。Kolenosky and Standfield (1975)表示1960年代时,在安大略型和阿岗昆型之间存在基因交流的屏障,这与灰狼和东加拿大狼之间的基因屏障相一致。Kolenosky and Standfield (1975; DeKay 1842)的论文中有关阿第伦达克山脉(Adirondacks)的自然历史描述表明,19世纪中叶,人们就已经将阿岗昆型(普通型)和安大略型(稀少型)分开讨论了。在本研究中,我们将分析安大略狼样本的mtDNA控制序列和8个微卫星位点的序列。本研究的主要目标在于了解Kolenosky and Standfield (1975)分类的4个类型之间的基因关系,即郊狼 C. latrans和两种截然不同的狼种,灰狼 C. lupus和东加拿大狼 C. lycaon,之间的亲缘关系。
我们从安大略境内的6个地理区(图2)采集了269个狼的样本,这些地理区域分别为(表1):Frontenac Axis(n = 74),Magnetawan(n = 26),阿岗昆省立公园Algonquin Provincial Park(n = 92),法国河French River以北和11号高速公路以南的安大略东北部(n = 33),安大略西北部(n = 30),以及普卡斯夸国家公园Pukaskwa National Park(n = 13)。为实现本研究的目的,我们指定安大略东北部和西北部以北极圈线为界(图2)。我们使用Guglich et al.(1994)的文献中描述过的标准苯酚-氯仿提取法(standard phenol–chloroform extraction methods),从血液和组织样本里提取DNA。额外的样本被用于特殊分析,这些样本为:西北部的狼(NWT,n = 66),明尼苏达州的狼(MN,n = 9);萨斯喀彻温省Saskatchewan的郊狼(SK,n = 36),加利福尼亚Carolina北部的郊狼(NC,n = 22),德克萨斯州Texas的郊狼(TX,n = 26),俄亥俄州Ohio的郊狼(OH,n = 22);以及来自Adirondacks(n = 66)、附近纽约(NY,n = 24)、缅因州Maine(ME,n = 102)和新不伦瑞克New Brunswick(NB,n = 20)的郊狼。这些额外样本分别代表了安大略省之外的非混血犬属动物(例如来自NWT的狼和来自SK、TX、NC、OH的郊狼),和存在杂交情况的动物(例如MN五大湖区域的狼以及来自NY、NB、ME的郊狼)。
图示安大略省内的采样位点。为检测Kolenosky and Standfield 1975所描述的各类型的关系,我们采集了来自6个区域的样本(表1)。这些区域分别为:安大略省西北部Northwest Ontario、东北部northeast Ontario、普卡斯夸国家公园Pukaskwa National Park、阿岗昆省立公园Algonquin Provincial Park、阿岗昆公园西部和北部的Magnetawan地区、以及阿岗昆公园西部和南部的Frontenac Axis地区。
样本的信息,包括地理位点(Area)、样本数量(Number)、采样的生物组织(Type)、以及样本来源(Source)。
新世界(东加拿大狼/郊狼)和旧世界(狼)动物的mtDNA鉴定 Identification of NW (C. lycaon/C. latrans) and OW (C. lupus) mtDNA
Pilgrim et al. (1998)曾报道过一种将灰狼C. lupus的mtDNA从郊狼C. latrans中区分出来的方法,我们用此判断在6个地理区内是否存在灰狼的mtDNA。Wilson et al. (2000)在文献中描述过用引物扩增的343-到347-碱基对的mtDNA控制序列的方法。扩增控制序列所用的反应体积为每管10 μl,其中25 ng基因组DNA、200 μM dNTPs、1×扩增缓冲液(amplification buffer)、2 mM MgCl2、引物1和2(0.2 μM)、以及0.5 units的Taq聚合酶(BRL)。扩增条件为:94℃ 5 min,55℃ 30 s,72℃ 30 s(1个循环);94℃ 30 s,55℃ 30 s,72℃ 30 s(35个循环);94℃ 30 s,55℃ 30 s,72℃ 2 min(1个循环)。接着在产物中加入0.4体积的甲酰胺上样缓冲液(formamide loading buffer),于95℃加热5 min,然后再跑含有50% (w/v)尿素的6%测序胶。跑胶同时还点上M13噬菌体DNA的控制序列以提供大小标记。最后通过自动射线照相技术查看条带。
微卫星位点的遗传特性 Genetic Characterization of Microsatellite Loci
我们分析了来自安大略省不同区域的225只个体样本的8个微卫星位点的等位基因频率(Ostrander et al. 1993; Roy et al. 1994, 1996)。在这225个样本中,总计有49只相互无血缘关系的东加拿大狼被用在微卫星分析中,以代表来自阿岗昆公园的动物样本。如Roy et al. (1994, 1996)的文献所述,我们以等位基因大小为基础来分类微卫星位点的基因型。等位基因多样性(A)、等位基因的有效数(AE)和杂合度的期望值(HE)都是使用GENALEX 6软件估算的(表1)(Peakall and Smouse 2006)。FIS模型(Weir and Cockerham 1984)则是取自GENETIX软件(Belkhir et al. 1988)。我们用GENEPOP 3.1软件里的马尔可夫链法(Markov Chain method)来检验每个位点的哈迪-温伯格平衡(Guo and Thompson 1992; Raymond and Rousset 1995),并提供多种统计测试的顺序邦弗朗尼校正(sequential Bonferroni correction)。
贝叶斯聚类分析 Bayesian Cluster Analysis
我们使用了两个贝叶斯方法来评估种群结构:首先是对种群结构的贝叶斯分析(BAPS 2.0; Corander et al. 2003, 2004),接着是基于模型的聚类分析STRUCTURE (Pritchard et al. 2000; Falush et al. 2003)。
BAPS模型(Corander et al. 2003, 2004)常用于将样本区域聚合为更大的种群集合。处理前的数据包括每个样本采集的地点以及重复的mtDNA类型分布的区域(例如,旧世界起源或灰狼,以及新世界起源或东加拿大狼和郊狼),样本将据此进行分类。我们通过104次退火期的得到105世代。接着我们估计以上数据集的最大后验概率(p(S|data)并判断最重要的区域在何处。
在利用BAPS模型聚合种群样本时,我们还使用STRUCTURE (Pritchard et al. 2000; Falush et al. 2003)来聚合个体数据,这并不需要通过地理和形态来“推断”个体的特征,而是不用任何已知的种群或分类为基础来识别每个个体的基因型相似度,并提供每个基因聚合或亚种群的统计学评估(K)。接着我们将每个个体分配到其近亲的聚合群中,这样具有混种血统的个体就会被分到超多1个群里(K)。以前也有研究用STRUCTURE方法识别过犬属动物(Randi and Lucchini 2002; Lucchini et al. 2004)或其他类群动物(Randi et al. 2001)的混种情况,以及家犬的基因结构和混种(Parker et al. 2004)。
我们通过估计每个个体的后验概率和1到10间的前验K值,评估个体的血统系数(qi,个体与特定基因群的亲缘关系)。贝叶斯模型建立在对汇总数据集中所有重复K的先验概率上,并且通过计算杂合性(alpha)考虑了每个种群的不对称性。我们通过三次105次退火期的得到106世代,将其作为外加剂和相关等位基因频率的F模型的基础,以判断个体的血统系数以及在数据集内K值的概率模型(Pritchard et al. 2000; Falush et al. 2003; Evanno et al. 2005)。接着我们用DISTRUCT软件得出了描述个体间亲缘系数关系(血统系数)的图形(Rosenberg et al. 2001)。
尽管贝叶斯分析可以提供种群和个体水平的评估,但我们依然需要定量地判断安大略省各类型狼的种群结构和其之间的亲缘关系。我们利用GENETIX软件(Belkhir et al. 1988)的FST模型、以及ARLEQUIN软件(Schneider et al. 2000)的RST模型,来评估样本区域内的基因流动。RST模型常用于分析,当两个种群中有两个等位基因可以在同位点独立产生相似的逐渐突变时的情况。这个模型最适用于分析两个谱系,比如我们的研究中已经分化了许多万年的狼C. lupus(旧世界)和东加拿大狼C. lycaon /郊狼C. latrans(新世界)。
新世界(东加拿大狼/郊狼)和旧世界(狼)动物的mtDNA鉴定 Identification of NW (C. lycaon/C. latrans) and OW (C. lupus) mtDNA
最初,我们以样本采集区域为基础,分辨不同类型狼的基因特征(表1)。和其他地区的郊狼或东加拿大狼相比,来自Frontenac Axis和Magnetawan的样本基因中只有NW线粒体(表2)。西部郊狼和东加拿大狼之间的杂交,并没有引入NW的mtDNA单倍型。92只来自阿岗昆公园的动物中,只有4只具有OW线粒体或灰狼 C. lupus单倍型,这符合该区域内东加拿大狼 C. lycaon的血统占主导地位的事实。来自普卡斯夸国家公园的大部分动物都含有OW线粒体,这显示该区域内灰狼 C. lupus的血统占主导地位。在安大略省西北部和东北部,种群内的线粒体类型同时具有OW和NW型。
在安大略省的6个地理区中,NW和OW mtDNA的分布。
微卫星位点的遗传特性 Genetic Characterization of Microsatellite Loci
我们计算了每个区域内,8个微卫星位点的等位基因多样性、种群杂合度和FIS值,发现这些遗传变异值在各种群间存在相似性(表3)。按照哈迪-温伯格期望(Hardy-Weinberg expectations),没有一个种群的某个位点和其他种群的该位点间存在显著差异。
地理区域(Geography)、样本数量(N)、等位基因平均数量(A ± 标准误差SE)、以及利用GENALEX (Peakall and Smouse 2006)和FIS (Weir and Cockerham 1984)计算得出的期望杂合度(H E ± SE)。
贝叶斯聚群分析 Bayesian Cluster Analysis
通过BAPS模型比较北美狼和郊狼的区域集团后,我们将安大略省的这些动物分为了两个集群:由MN狼组成的北部集群;以及来自阿岗昆公园的东加拿大狼、来自Magnetawan的犬属动物和来自Frontenac Axis的特威德狼组成的集群(表4)。将北部狼分为一个集群,这没有考虑具有不同mtDNA(OW或NW)的动物间的基因流动。
利用最大后验概率区分的不同狼和郊狼种群(p(S|data = 0.9927)。
将所有安大略省的狼(包括MN)用于贝叶斯个体聚群分析,我们基于Ln概率估计(Pritchard et al. 2000; Falush et al. 2003)将他们分为了3个基因集群(K = 3)。我们通过BAPS模型推断除了北部狼群、阿岗昆东部狼群和特威德狼的基因集群。除了提高各个基因集群间的识别分辨率外,STRUCTURE还从个体层面上揭示了血统的分配情况(Pritchard et al. 2000; Falush et al. 2003)。BAPS和STRUCTURE分别把安大略省的动物样本分为了两个或三个集群,这种不一致性可能是由于,来自不同集群(其等位基因频率很相似)的个体间存在地理上的重叠,这使得BAPS模型把他们分成了相同的类型。对东加拿大狼和特威德狼的分类也有相同的情况(图2)。尽管阿岗昆公园和Frontenac Axis都具有各自各不相同的优势种(分别为东加拿大狼和特威德狼),一些来自相邻集群的动物也会在这些区域内出没。这种地域重叠还会延伸至生活着北部狼集群的个体和混血的Magnetawan地区(图2)。
在安大略省东北部具有NW mtDNA的动物种群中,我们观察到了来自不同集群的个体存在高度的杂交现象(图3)。尽管大部分狼都来自于北部集群,一些个体仍具有东加拿大狼和特威德狼的血统。这和具有OW mtDNA、主要生活在北部寒带的普卡斯夸国家公园、安大略西北部的狼集群中,具MN血统的狼从属另一个集群的现象,形成了鲜明的对照(图3)。
贝叶斯聚类分析以评估不同种群间的关系(如血统),简写分别表示:MINN(明尼苏达州)、NWONT(安大略省西北部)、PUK(普卡斯夸国家公园)、NEONT(安大略省西北部)、ALG(阿岗昆省立公园)、MAG(Magnetawan地区)以及FRONT(Frontenac Axis),种群集群共3个。拥有OW灰狼mtDNA和NW郊狼/东加拿大狼mtDNA的个体都已被识别。每一个个体都用一条垂直线条表示,不同颜色所占的比例表示各mtDNA在个体基因中所占的比例。深灰色代表灰狼血统,浅灰色代表郊狼血统,白色代表东加拿大狼血统。
绘制血统的地理结构图(图4)后我们发现,特威德狼、阿岗昆的东加拿大狼以及五大湖区域的狼构成了一个从南到北的渐变群。这种分层现象和Kolenosky and Standfield (1975)所描述的类型分类是一致的:即将狼分为特威德型、阿岗昆型和安大略型。根据我们对个体的血统分析和mtDNA分布分析,我们得出这些狼之间主要存在的混种关系有:特威德狼为 C. latrans× C. lycaon,阿岗昆公园的东加拿大狼为 C. lycaon× C. latrans,安大略省北部则为 C. lupus× C. lycaon(或反之)。物种的顺序表示父母本中基因组比例的高低程度。
每个地理区域内各血统所占的比例。灰色代表灰狼血统、红色代表东加拿大狼血统、黄色代表郊狼血统。
为获得各地理区间的连通性和基因流动的定量估计,我们利用R ST (Slatkin 1995)和F ST (Weir and Cockerham 1984)对种群结构进行评估(表5)。R ST可以为不同种群或类群间的区别提供更好的评估,与之相反,F ST在比较分化程度越低的种群时效果更好。为比较本研究范围内的犬属物种和混种之间的关系,R ST将可以更好地评估种群结构。
各地理区域的两两比较的F ST(较低对角线)(Weir and Cockerham 1984)和R ST(较高对角线)(Slatkin 1995)估计值。
Frontenac Axis的特威德狼和阿岗昆公园的东加拿大狼之间的R ST值很高(表5)。与此相反,公园西部和西北部(Magnetawan)和公园内动物的种群结构值就较低。令人惊讶的是,来自安大略省东北部、苏必利尔湖(Lake Superior)东部的狼,和临近的普卡斯夸国家公园的值极其显著,和较远的阿岗昆公园的东加拿大狼种群就较低。安大略省西北部的动物和阿岗昆公园的动物间的种群结构值也是相当的低。
在欧洲人定居之前,狼的足迹遍及了整个安大略省(Bates 1958),主要以大型有蹄类诸如马鹿Cervus elaphus、驯鹿Rangifer tarandus和驼鹿Alces alces为食。后来,森林生态系统受到了伐木和农业的巨大改变。这些人类的行为造成大型有蹄类如马鹿和林地驯鹿的大量减少,同时减少的还有他们的捕食者灰狼C. lupus,这使得白尾鹿Odocoileus virginianus和东加拿大狼C. lycaon可以向这些地方扩散。猎物和生境的改变最终让安大略省南部的灰狼销声匿迹(Standfield 1970a, 1970b),同时令郊狼C. latrans可以通过农田扩散至此,并造成其与东加拿大狼C. lycaon的杂交。
基因数据表明,Kolenosky and Standfield (1975)和Schmitz and Kolenosky (1985)描述的特威德狼是阿岗昆狼和郊狼的混种。不过,和Kolenosky and Standfield的结论不同,最近的基因证据(Wilson et al. 2000)显示,这个混种最初来自于两种北美本土进化的狼的杂交,即东加拿大狼C. lycaon和郊狼C. latrans。灰狼并没有参与这场混种杂交,这可能可以说明西部郊狼和灰狼的杂交较少(Roy et al. 1994; Wilson et al. 2000)。就像Schmitz and Kolenosky (1985)所提到的,安大略省南部缺乏“纯种”的郊狼,对阿岗昆公园南部和Frontenac Axis的影响是立竿见影的。这些在安大略省分布的郊狼混种(Moore and Parker 1992)非常能够适应农田较多且森林较少的生境。尽管在阿岗昆公园南部,特威德狼的数量很多,但RST数据(表5)显示,由于公园内似狼的大型动物很多,因此限制基因流动的障碍依然是存在的。因为来自Frontenac Axis的基因流动较少,所以阿岗昆公园内高水平的基因多样性(表2)可能得益于来自Magnetawan、安大略东北部和魁北克的基因交流(Grewal et al. 2004)。虽然阿岗昆公园内的种群数量不到200,但有证据显示他们是属于安大略西北部和东北部以及魁北克地区的一个更大的复合种群的一部分(Grewal et al. 2004; Kyle et al. 2006)。
安大略省中部和东北部之间的广大区域,根据Kolenosky and Standfield (1975)的描述是安大略型和阿岗昆型交流的区域,但在这片杂交水平显然很低的地区,如今似乎开始出现了混种狼。东北和西北动物间较低的RST值显示,这两个种群间应该存在有基因的交流。然而,因为在五大湖地区有这些混种的存在,所以我们很难区分这些亲缘种,尤其是在安大略北部,C. lycaon×lupus或C. lupus×lycaon类型的混种占比很大。要判断阿岗昆公园内,东加拿大狼和扩散至此的郊狼产生特威德狼的机制和历史,就更加困难了。尽管有这些限制,东加拿大狼的遗传物质通过基因交流广泛散布于整个安大略省的事情依然是非常明确的。这直接导致这个复杂的种间复合种群变得非常庞大,包含的个体数以千计。
安大略省西北部的种群似乎和阿岗昆公园的种群存在亲缘关系;只不过,在西北部,血统分析显示该地少有东加拿大狼和郊狼的混种(表3和4)。此外,西北部的狼和安大略型狼的亲缘关系更近,这表明灰狼C. lupus和东加拿大狼C. lycaon间的杂交较少(图3和4)。毗邻的马尼托巴省(Manitoba)的郊狼种群中存在特有的mtDNA单倍型(Wilson et al. 2000, 2003),可以让我们把五大湖地区的郊狼和他们南方的同类区分开来。这可能也反应出东加拿大狼C. lycaon和灰狼C. lupus的杂交历史由来已久。
阿岗昆公园的东加拿大狼体型较小,而分布在安大略省西北和东北部的个体体型较大(Kolenosky and Standfield 1975)。我们推测这种渐变表型的出现可能是因为南部和东部的个体具有更多郊狼的基因,而北部的个体则多是东加拿大狼和灰狼的杂交后代。基因渗入可能还会受到例如猎物大小之类的因素的影响(Hillis 1990; Mulders 1997)。生活在阿岗昆公园内的东加拿大狼主要捕食白尾鹿和河狸Castor canadensis (Forbes and Theberge 1996)。而公园中,鹿的种群密度自1960年代以来降低了许多,同时驼鹿的密度增加了(Whitlaw and Lankester 1994),今后,能够更好地捕猎驼鹿的大体型可能会成为该地未来的自然选择方向。而阿岗昆公园的种群和北部种群的基因交流,可能促进这种自然演化。
由于OW mtDNA的比例和其在公园内灰狼和混种狼间存在较大的差异,来自普卡斯夸国家公园的狼样本可能是“最纯种”的狼C. lupus了。普卡斯夸国家公园的狼主要捕食驼鹿,并且生境中存在体型较大的安大略型狼。
尽管如此,基因数据显示Kolenosky and Standfield (1975)提出的阿岗昆和安大略型间存在一致性,因此目前我们依然很难找出足够证明哈德逊湾狼C. l. hudsonicus是独立亚种的证据。我们有理由推断这种狼起源自灰狼C. lupus,但不幸的是,来自安大略省北方的样本很少,我们无法得知普卡斯夸国家公园的样本是否足以代表哈德逊湾沿岸的狼。我们需要更多来自安大略省北部的样本,以判断灰狼和东加拿大狼间的杂交情况,同时评估混种对该省狼种的影响。
总的来说,我们得出的基因数据符合特威德狼是郊狼和东加拿大狼的混种的假说。Kolenosky and Standfield (1975)将东加拿大狼称为阿岗昆型。在安大略省西北和东北部,东加拿大狼由于和灰狼混种,体型比阿岗昆公园内的同类要大。安大略西北和东北部的种群似乎和阿岗昆公园和魁北克的种群间存在基因交流(Grewal et al. 2004),同时这个巨大的复合种群的个体数量可能过千。普卡斯夸国家公园内生活着半隔离的灰狼种群,可能就是Kolenosky and Standfield (1975)所描述的安大略型。因为北部的样本数量很少,我们没能检测出哈德逊湾低地或沿岸的狼的基因特征。北美其他地方没有演化出这样的犬属集合地,可能是由于那些地方没有东加拿大狼生活,这个物种既可以和郊狼杂交、也可以和灰狼混种,因此可以在这三个物种间起到基因传递的作用。
我们的结论显示,东加拿大狼和郊狼、以及东加拿大狼和灰狼的混种在研究区域内广泛存在。在缺少东加拿大狼的地区,灰狼和郊狼间的杂交很少(Roy et al. 1994; Forbes and Boyd 1997; Pilgrim et al. 1998),再加上最新的基因方面的发现(Bertorelle and Excoffier 1998; Hedrick et al. 2002; Wilson et al. 2003),我们认为北美东部的狼种和郊狼的亲缘关系更近,并且和灰狼的进化路线是相对独立的。东加拿大狼、郊狼和灰狼之间的关系对保育,例如安大略省的灰狼保护、美国东北部的灰狼野放、也包括对红狼的保育计划,都具有很大的影响。
首先,尽管最初的混种可能出现在普卡斯夸国家公园,但现在这片区域中却缺乏灰狼的混种。我们认为更大的东加拿大狼复合种群还会继续向北部扩散,这将造成更多的灰狼的混种。额外样本企图描绘东加拿大狼和灰狼在安大略省的分布情况,以发现东加拿大狼分布区的北限。其次,尽管我们的研究重点在安大略省,类似的种间杂交也发生在了马尼托巴省、五大湖和魁北克。东加拿大狼的扩散情况对新的保育计划的制定也具有很重要的影响。
目前,美国濒危物种名录中的唯一一种分布在东北部的犬属动物是灰狼Canis lupus,但这里的政府并没有出台过一个正式的灰狼野放计划。美国东南部的红狼C. rufus也是名录中的物种,不过为了保育和野放这个物种,1987以来人们已经出资了数百万的美元。一些红狼和东部的郊狼间存在杂交,因此人们有意地限制了红狼领地内郊狼的活动范围,以避免这类种间杂交的产生。
我们的发现(but cf., Nowak 2002)表明,如今美国的保育计划应该做出如下的改变:1) 美国东北部的狼C. lupus应当被排除在濒危物种名录之外,同时应该向此地引入红狼(C. rufus或C. lycaon);2) 美国东北部的一些地区应该再建立一些新的红狼野放区;3) 不应当再限制美国东部的郊狼和红狼间的杂交,应当让他们像在自然环境下一样进行混种。
在加拿大,尽管东加拿大狼的分布范围很广泛,他们仍被视为是潜在的保护物种,不过人们对这个物种的关注可能会牺牲掉马尼托巴省、安大略省和魁北克的灰狼,就像我们的数据显示的那样(灰狼种群减少,那么东加拿大狼的种群就会增加)。此外,在加拿大和美国,评估犬属动物的种群杂交状况很困难,因为这需要考虑到两国的保育状况。这个问题涉及到保护政策是怎样区别对待郊狼、东加拿大狼、灰狼,以及他们之间的混种的。
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不忍说为什么感觉这篇文献超奇妙的!
生殖隔离呢喂?!ring species吗,等等人家ring也不是这样的吧?!还有物种基因库保护呢喂?!(?(泥垢 |
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