提取DNA，建立基因數(shù)據(jù)庫(kù)

給野生大熊貓辦“身份證”

樹上的大熊貓　記者 何海洋攝

活動(dòng)中的野生大熊貓。　唐家河國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處供圖

●四川的大熊貓保護(hù)以前以種群為單位，缺少對(duì)個(gè)體的研究和判斷

●2015年開始提取DNA、建立數(shù)據(jù)庫(kù)，有望實(shí)現(xiàn)野生大熊貓的“保護(hù)到只”和“數(shù)據(jù)化保護(hù)”

●目前已累計(jì)為500余只大熊貓的基因建檔，占全省野生大熊貓總數(shù)35%以上

“小調(diào)皮還在摩天嶺嗎？”10月9日一大早，諶利民進(jìn)了值班室就問(wèn)。這位唐家河國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處副處長(zhǎng)口中的“小調(diào)皮”，是一周前進(jìn)入摩天嶺區(qū)域的一只雌性大熊貓。

去年，這只被提取了DNA信息的野生大熊貓有了一個(gè)新名字——“小調(diào)皮”。從那時(shí)起，它的一舉一動(dòng)，就沒(méi)離開過(guò)工作人員的視野。

2015年，我省開啟野生大熊貓DNA建檔行動(dòng)。該行動(dòng)旨在提取野生大熊貓的DNA，然后逐個(gè)辦理“身份證”。那么，過(guò)去的4年多時(shí)間里，四川如何給大熊貓采集“身份”？有了“身份證”，又有什么用？

野生大熊貓的DNA怎么采

糞便里附著基因較多，撿大熊貓糞便成科研人員的重要工作之一，這是一個(gè)看似簡(jiǎn)單實(shí)則不易的技術(shù)活

“如要確定大熊貓的DNA，首先要有承載基因信息的物品。”省林業(yè)和草原局相關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)，大熊貓行蹤和洞穴都極為隱蔽，想要“上門辦證”難度極大。因此，尋找大熊貓的毛發(fā)、排泄物、足跡等成為重中之重。其中，附著基因較多且易于野外保存和采集的糞便，是識(shí)別大熊貓個(gè)體的最重要樣本。

撿糞便，成了科研人員的重要工作之一?？墒?，撿糞便并不容易。“是個(gè)技術(shù)活。”成都大熊貓繁育研究基地技術(shù)員齊敦武介紹，即便是在保護(hù)區(qū)內(nèi)，大熊貓?jiān)诓煌攸c(diǎn)出沒(méi)的頻率也不一樣；不同的時(shí)間段，大熊貓的現(xiàn)身可能性也不盡相同。

怎么辦？“首先要查資料，選定區(qū)域。”諶利民說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)開展過(guò)4次大熊貓調(diào)查。在這些調(diào)查過(guò)程中，業(yè)務(wù)主管部門已初步標(biāo)定了各棲息地內(nèi)大熊貓出沒(méi)熱點(diǎn)區(qū)域。

通常情況下，主食竹分布相對(duì)富集區(qū)、溝谷、山脊是重點(diǎn)的調(diào)查區(qū)域。在這些地方，有箭竹林、有水源、有隱蔽場(chǎng)所，是大熊貓棲息范圍比較固定的區(qū)域。但僅有這些還不夠。與大熊貓打了半個(gè)多世紀(jì)交道的大熊貓科研泰斗胡錦矗表示，大熊貓出沒(méi)的熱點(diǎn)區(qū)域并非一成不變，“棲息地內(nèi)部的變化、食物分布的變化、地質(zhì)災(zāi)害、人類活動(dòng)等都可能影響它們的活動(dòng)。”

選定區(qū)域只是第一步。而如果要成功撿到糞便，則需要選準(zhǔn)時(shí)段。

“我們一般會(huì)選擇3月到6月這個(gè)時(shí)間段。”齊敦武介紹，原因有三：首先，這段時(shí)間大熊貓的食物主要以竹莖和竹葉為主，其糞便上的腸道脫落物較多，容易提取DNA。其次，6月之前，是四川大多數(shù)大熊貓分布區(qū)的旱季，且氣溫相對(duì)適中，利于大熊貓糞便在野外的保存。第三，春季至初夏，也是大熊貓傳統(tǒng)的求偶高峰季節(jié)。求偶期間，習(xí)慣于“走婚”的大熊貓遷徙通道相對(duì)固定，有利于提高其在某些區(qū)域的遇見率。唐家河國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處工作人員馬文虎說(shuō)，每年春季，基因廊道內(nèi)的糞便相對(duì)較多，也方便“守株待兔”。

大熊貓糞便里的“密碼”怎么破

樣本如果合格，能讀出大熊貓的性別、年齡以及在棲息地的生活狀況

即便掌握了門道，想要撿到大熊貓糞便，也還是不容易。“有時(shí)候，兩三天撿不到一個(gè)。”參與栗子坪自然保護(hù)區(qū)大熊貓DNA建檔的西華師范大學(xué)教授張澤鈞說(shuō)，在野外撿到大熊貓的糞便，就像“過(guò)去搞堆肥的老農(nóng)一樣高興”。

張澤鈞說(shuō)，找到糞便后，接下來(lái)是樣本編號(hào)、拍照以及基礎(chǔ)信息記錄工作?；A(chǔ)信息涵蓋發(fā)現(xiàn)地、周邊環(huán)境、海拔高度等。

但這些提取到的樣本卻不一定能用。即便是撿到的糞便，也不代表一定具備提取價(jià)值——大熊貓糞便上的脫落物，往往只有10天至14天的“保質(zhì)期”。一旦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，便無(wú)法提取有用信息。

王朗國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局副局長(zhǎng)趙聯(lián)軍透露，此前，王朗國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)搜集到的89份樣品，只有57份可以直接使用。其余的樣品，則需要重新檢查。

“一般來(lái)說(shuō)，我們不會(huì)輕易放棄每個(gè)樣本的檢測(cè)。反復(fù)檢測(cè)和比對(duì)，是常有的事。”10月9日，在中國(guó)大熊貓保護(hù)研究中心都江堰基地的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，相關(guān)技術(shù)人員介紹，這里是各地樣品送檢單位之一，技術(shù)人員在這里能對(duì)大熊貓腸道脫落細(xì)胞進(jìn)行分析。

“每一組DNA分子探針，便是一只大熊貓的‘遺傳身份證’。這里面能夠讀取出大熊貓的性別、年齡以及在棲息地的生活狀況等。”該技術(shù)人員指著實(shí)驗(yàn)室里的電腦說(shuō)，一旦數(shù)據(jù)分析、核對(duì)完成，將會(huì)輸入檔案庫(kù)，相關(guān)科研單位、管理單位可隨時(shí)查閱。

這一過(guò)程復(fù)雜又艱辛，但作為全國(guó)率先啟動(dòng)野生大熊貓DNA建檔工作的省份，四川的做法，已經(jīng)得到國(guó)家相關(guān)部門的認(rèn)可。2017年，摸索兩年之后，原省林業(yè)廳發(fā)布大熊貓種群遺傳檔案建立規(guī)范，分別是《野生大熊貓糞便樣品采集及DNA提取技術(shù)規(guī)程》《大熊貓種群遺傳檔案建立技術(shù)規(guī)程》。其中，遺傳檔案領(lǐng)域技術(shù)規(guī)程，直接被相關(guān)部委采納、吸收作為全國(guó)規(guī)范。

“下一步，我們會(huì)逐步擴(kuò)大檢測(cè)范圍，不斷充實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。”大熊貓國(guó)家公園四川省管理局相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，目前我省已經(jīng)在16個(gè)有大熊貓分布的保護(hù)區(qū)開展野生大熊貓DNA建檔行動(dòng)，目前已累計(jì)檢測(cè)出大熊貓500余只，占全省野生大熊貓總數(shù)35%以上。

大熊貓有了“身份證”后怎么用

可避免近親繁殖、研判遺傳疾病，實(shí)現(xiàn)“從種群到個(gè)體”的保護(hù)

如此大費(fèi)周章給野生大熊貓辦理“身份證”，意義何在？

“這些都是基礎(chǔ)性工作。”胡錦矗說(shuō)，近年來(lái)，隨著人類攻克大熊貓圈養(yǎng)繁殖的難關(guān)，科研重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)入野生種群的保護(hù)管理與復(fù)壯階段。而在此之前，四川的大熊貓保護(hù)是以種群為單位，“缺少對(duì)個(gè)體的研究和判斷。”

而提取DNA、建立數(shù)據(jù)庫(kù)，則有利于掌握其遺傳多樣性，為防疫、疾病治療提供更多可能。換言之，實(shí)現(xiàn)野生大熊貓的“保護(hù)到只”和“數(shù)據(jù)化保護(hù)”。

省林業(yè)和草原局野保站站長(zhǎng)楊旭煜介紹，數(shù)據(jù)庫(kù)建立后，能識(shí)別野生大熊貓個(gè)體、判別不同大熊貓之間的親緣關(guān)系、判定大熊貓的性別。在此基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)野生大熊貓個(gè)體身體狀況、生活狀況、遺傳疾病的分析研究，進(jìn)而有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)“個(gè)體保護(hù)”。

在業(yè)務(wù)管理部門看來(lái)，精細(xì)化管理已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)。“根據(jù)數(shù)據(jù)分析和實(shí)地調(diào)查，如今唐家河的野生大熊貓活動(dòng)范圍，逐漸由高海拔向低海拔擴(kuò)散，我們?cè)谶@一區(qū)域加派了巡護(hù)力量。”唐家河國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處處長(zhǎng)沈興娜告訴記者。

在相關(guān)專家的眼中，其應(yīng)用的空間很大——可以根據(jù)區(qū)域種群DNA數(shù)據(jù)分析，研判野生大熊貓的遺傳多樣性。在野化放歸時(shí)，盡量避免近親繁殖；綜合分析DNA中的個(gè)體基因信息，研判個(gè)體遺傳疾病，及時(shí)采取人工干預(yù)；研判個(gè)體身體和生理狀況，及時(shí)救助救護(hù)……

自2015年以來(lái)，四川已通過(guò)前述數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)手段，有針對(duì)性地強(qiáng)化棲息地巡護(hù)管理和資源環(huán)境綜合執(zhí)法，年均救護(hù)病餓野生大熊貓2只至4只。

建立基因數(shù)據(jù)庫(kù)更有效保護(hù)珍稀物種

記者檢索發(fā)現(xiàn)，在珍稀野生動(dòng)物保護(hù)、開發(fā)利用領(lǐng)域，建立基因數(shù)據(jù)庫(kù)往往是當(dāng)下的“起手式”。

此前，江蘇已宣布建立麋鹿基因數(shù)據(jù)庫(kù)。而安徽和河南則分別決定對(duì)揚(yáng)子鱷、朱鹮進(jìn)行“數(shù)據(jù)化研究”。在國(guó)外，俄羅斯、澳大利亞分別針對(duì)北極熊、袋鼠開展了類似的科研行動(dòng)。

“這是規(guī)避動(dòng)物生存風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)更有效保護(hù)的一種方式。”四川大學(xué)教授冉江洪認(rèn)為，保護(hù)物種基因信息就是保存物種的多樣性。因?yàn)椋珼NA等記錄著每一種生物最為原始的基因信息。如果能夠進(jìn)一步破譯其密碼，不僅能夠應(yīng)用于該物種的保護(hù)，甚至能為人類攻克疑難雜癥等提供借鑒和思路。

“這方面研究一定要堅(jiān)定地走下去。”中科院成都生物所相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，在大熊貓領(lǐng)域取得進(jìn)展后，相關(guān)做法也可推廣至川金絲猴等珍稀物種的保護(hù)。