科技日报记者 何沛苁
在濒危野生动物的迁地保护工作中，个体的自然交配能力是维持种群可持续性的关键因素。然而，许多圈养大型濒危哺乳动物，如大熊猫、猎豹、北极熊等，经常面临自然交配失败的问题，其中大熊猫的问题尤为突出。近日，由北京师范大学刘定震、成都大熊猫繁育研究基地张名岳和中国大熊猫保护研究中心魏荣平等团队联合主导的一项研究，通过整合转录组学和全基因组DNA甲基化（WGBS）分析，系统揭示了圈养雄性大熊猫自然交配能力差异的分子基础。相关研究发表于《生态学与演化》。
研究人员以秦岭大熊猫研究中心（陕西省珍稀野生动物救护基地）、成都大熊猫繁育研究基地和中国大熊猫保护研究中心的21只雄性大熊猫个体为研究对象，根据其自然交配过程和结果，将它们分为“能（Capable）”和“不能（Incapable）”自然交配两组，再进行血液转录组、表观调控和多组学整合分析。通过对血液转录组的分析发现，尽管两组大熊猫的整体基因表达谱相似，但仍存在91个显著差异表达的基因。其中，ZPBP2、DNAH7、PIWIL4等关键基因在“Capable组”中表达量显著上调。其中ZPBP2（透明带结合蛋白2）是精子识别卵子透明带的关键蛋白，其高表达可能预示着精子功能更强、生育力更高。功能富集分析表明，这些差异基因显著集中在GnRH信号通路、MAPK级联反应、类固醇激素生物合成等与生殖密切相关的通路上。
除了基因本身，表观遗传调控也发挥着重要作用。全基因组甲基化测序揭示了典型的哺乳动物甲基化模式。尽管整体甲基化水平在两组间无显著差异，但发现了6656个差异甲基化区域（DMRs），且绝大多数发生在CG序列背景下。这些差异甲基化区域相关的基因富集在了Axon guidance、Wnt、Rap1等信号通路中。这些通路与神经发育、细胞通讯和生殖调控息息相关，暗示甲基化可能通过调控这些基因的表达来影响熊猫的交配行为。
此外，对甲基化和转录组数据的整合分析发现，X染色体上的CG甲基化密度在两组之间存在显著差异。启动子区的甲基化变化与基因表达呈经典的负相关关系（即甲基化水平升高，基因表达被抑制）。共有92个基因同时存在显著的甲基化差异和表达差异，它们主要富集在轴突导向、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、细胞凋亡/自噬等通路上。这些通路影响着神经信号传导、抗氧化能力和细胞稳态，共同构成了影响自然交配能力的分子网络。
“该研究结果对于进一步研究圈养大型哺乳动物雄性个体繁殖能力衰退的原因，提高自然交配成功率，维系健康的圈养种群十分重要。”北京师范大学生命科学学院教授刘定震表示。
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