基因混合，虎鲸遗传多样性和适应能力强的秘密

虎鲸是一种世界性物种，分布范围广，从极地浮冰到赤道都有他们的身影。在高纬度水域中虎鲸密度较高，直觉上而言，这些区域的遗传多样性较高，但事实恰恰相反，在低纬度地区，虽然虎鲸数量少，密度低，但他们的遗传多样性反而较高，这是为什么呢？

虎鲸遗传多样性的历史

瑞士伯尔尼大学生态与进化研究所引导的的一项研究，探讨了虎鲸的种群历史和进化关系，以及不同区域区域虎鲸的进化关系。研究团队通过分析全球范围内的26个虎鲸个体基因组数据，结合主成分分析、个体分配分析、距离系统发育推断等方法，揭示了虎鲸种群的复杂历史。

通过基因数据分析，研究发现，虎鲸的进化历史并非简单的树状结构，而是包含了多次的基因流动和种群混合事件。在全球范围内，虎鲸的遗传结构表现出显著的地理分化，在高纬度地区的种群则表现出更大的遗传分化，即使是同一区域分布的虎鲸之间也可能存在显著的遗传差异，而在低纬度地球，虎鲸种群表现出更高的遗传同质性。

在南极，这些虎鲸包含有来自古老种群的遗传片段，这些片段的共祖时间比基因组平均水平要早四倍，可能是由于在更早的冰川周期中的种群隔离事件造成的。而在北极，定居型和迁徙性虎鲸则表现出复杂的进化史，尽管基因存在显著差异，但也存在明显的基因混合流动，可能是由于可能是由于历史上的二次接触事件造成的。

研究证实，基因流动在自然种群中是普遍存在的，即使是在地理上隔离的种群之间，也可能在长时间的隔离后发生基因交流。

低纬度遗传多样性的秘密

近日，一组国际海洋生物学家在《分子生态学》期刊上发表的研究，揭示了这一现象的原因，主要是由于基因混合作用造成的，这种基因混合不仅帮助它们保持较高的遗传多样性，还增强了它们的生存能力和适应能力。

研究旨在验证低纬度虎鲸种群的遗传多样性是否确实由不同遗传背景的种群之间的基因混合所维持，并探讨这种基因混合对种群遗传多样性和有效种群大小的影响。此外，研究还试图揭示基因混合在虎鲸种群适应性进化中的作用。

研究团队从澳大利亚和新西兰的虎鲸种群中收集了30个组织样本，并对这些样本进行了全基因组测序。样本分为三个种群，分别为西北澳大利亚种群、西南澳大利亚种群和新西兰种群。

研究首次提供了直接的实证证据不同遗传背景的种群之间的偶尔基因混合能够显著提高小种群的遗传多样性，并维持其有效种群大小。研究还揭示了基因混合在虎鲸种群适应性进化中的潜在作用。

其中最引人注目的发现之一是西南澳大利亚虎鲸种群中，存在显著的南极虎鲸基因混合信号，这种基因流动在过去百年里发生，帮助提升了该种群的遗传多样性和有效种群大小。研究表明，西南澳大利亚虎鲸的约20%的基因组成可追溯到南极祖先。这种历史悠久的基因交流，有助于降低近亲繁殖的风险，促进种群的遗传健康。

这种基因流动不仅有助于提高遗传多样性，还可能增强种群应对环境变化的能力，这种基因混合是适应不断变化环境条件的一个重要机制。

图：西南澳大利亚虎鲸存在混合信号

澳大利亚虎鲸的D统计量形式( a) D (SWA, NWA, X, 海豚)、(b) D (NZ, NWA, X 海豚) 和(c) D (NZ, SWA, X 海豚) 与全球参考数据集的比较。统计显著性通过 Z 分数 > 3 或 < −3 表示。“SWA”代表澳大利亚西南部，“NWA”代表澳大利亚西北部，“NZ”代表新西兰。点代表样本所在地。

参考文献：Isabella M. Reeves, John A. Totterdell, Jonathan Sandoval‐Castillo, Emma L. Betty, Karen A. Stockin, Ramari Oliphant Stewart, Muriel Johnstone, Andrew D. Foote. Admixture Increases Genetic Diversity and Adaptive Potential in Australasian Killer Whales. Molecular Ecology, 2025; DOI: 10.1111/mec.17689