新疆阿尔泰山旱獭的分子鉴定与系统发育分析：中国新发鼠疫疫源地的宿主确定

《Biochemistry and Biophysics Reports》：Molecular identification and phylogenetic analysis of marmots in the Xinjiang's Altai Mountains, a newly discovered plague focus of China

本研究针对2023年新确认的新疆阿尔泰山鼠疫自然疫源地，其储存宿主旱獭的种类归属在分子层面尚未明确这一问题。研究人员对来自天山南北及阿尔泰山三地的旱獭样本，开展了基于线粒体COI、Cytb和D-loop基因的分子鉴定与系统发育分析。结果表明，阿尔泰山旱獭为灰旱獭（M. baibacina），并提示其与北天山种群可能属于同一亚种，从而首次从分子层面明确了该新发疫源地的主要储存宿主，为精准疫病监测与防控提供了科学依据。

　　

在广袤的欧亚大陆，阿尔泰山脉横跨中国、蒙古、俄罗斯和哈萨克斯坦四国，不仅是壮丽的自然景观，也是多种病原体的“隐秘家园”，其中就包括历史上令人闻风丧胆的鼠疫。自2020年以来，科研人员在中国新疆的阿尔泰山地区，多次从旱獭和长尾黄鼠（Spermophilus undulatus）中检测到鼠疫F1抗原、抗体，甚至分离出了鼠疫耶尔森菌（Yersinia pestis），使得该地区在2023年被正式确定为中国一个新的鼠疫自然疫源地。然而，一个关键的科学问题随之浮出水面：在这个新疫源地中，扮演主要“储存宿主”角色的旱獭，究竟属于哪个物种？尽管早期的形态学研究推测其为灰旱獭（Marmota baibacina），但这一结论从未得到分子层面的确认。在传染病防控中，准确识别病原体的储存宿主，就如同找到了敌人（病原体）的“大本营”和“兵工厂”，是制定精准、高效防控策略的基石。物种鉴定的模糊，无疑会给疫源地的界定、传播风险的评估以及防控措施的针对性带来不确定性。

为了解决这一问题，一篇发表在《Biochemistry and Biophysics Reports》上的研究，如同一场精密的“基因侦探”行动，旨在运用分子技术为新疆阿尔泰山的旱獭“验明正身”。由新疆疾病预防控制中心应急与鼠疫防治所的王奇国、白力哈巴·拜克力等人组成的研究团队，开启了对这一新发疫源地生态奥秘的探索。他们的工作不仅是为了给一种动物“上户口”，更是为了筑牢我国西北边疆的鼠疫防控屏障。

为了开展这项研究，研究人员运用了几个关键技术方法。首先，他们从新疆的三个地理区域（北天山、南天山和阿尔泰山）的6个采样点，共采集了37份旱獭样本，包括已知的灰旱獭和待鉴定的阿尔泰山旱獭。其次，他们采用了DNA条形码技术，这是一种基于标准短基因片段进行快速物种鉴定的分子方法。研究团队从所有样本的肝脏组织中提取基因组DNA，并针对三个线粒体基因片段——细胞色素c氧化酶亚基I（COI）、细胞色素b（Cytb）和D环（D-loop）——进行了PCR（聚合酶链式反应）扩增和测序。最后，他们利用生物信息学分析工具，对获得的基因序列进行了同源性比对、遗传距离计算、种群分化指数（F_st）分析，并构建了最大似然法（ML）系统发育树，以揭示不同种群旱獭之间的亲缘关系。

研究结果

3.1. 同源性比较

对COI、Cytb和D-loop基因片段的测序结果进行BLASTn（基本局部比对搜索工具）比对，发现所有序列与数据库中已报道的旱獭序列同源性均高于95%，且匹配序列全部来自旱獭属，这证实了PCR扩增和测序的准确性，为后续分析奠定了基础。

3.2. 核苷酸组成与替换统计

对三个种群（北天山、南天山、阿尔泰山）的基因序列进行分析发现，所有序列的腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）含量（A+T）均显著高于鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）含量（G+C），这与脊椎动物线粒体基因组典型的A+T偏好性一致。在核苷酸替换模式上，大多数比较中，转换（嘌呤与嘌呤或嘧啶与嘧啶之间的替换）次数多于颠换（嘌呤与嘧啶之间的替换）。

3.3. 遗传距离

基于Kimura 2-parameter（K2P）模型的遗传距离分析显示，种群间的遗传距离在1%到7%之间，其中Cytb基因的差异最大，COI基因的差异最小。南天山种群与北天山、阿尔泰山种群之间存在显著的遗传分化，而北天山与阿尔泰山种群间的遗传距离则相对较小。种群内的遗传距离（0%-2%） consistently低于种群间距离。种群分化指数F_st值在0.55780到0.98449之间，其中南天山种群与其他两个种群间的F_st值均大于0.75，表明存在显著的遗传分化；而北天山与阿尔泰山种群间的F_st值在所有基因上都是最低的，提示它们遗传分化极小。

3.4. 系统发育树

基于COI和Cytb基因序列构建的最大似然系统发育树得到了高度一致的拓扑结构。两棵树均以较高的自展支持率（96%-99%）强烈支持北天山灰旱獭种群与阿尔泰山旱獭种群聚为一支，表明它们属于同一个进化支系；而南天山的灰旱獭种群则作为其姐妹群单独成支。外类群物种被清晰地区分开。这一结果从系统发育角度证实了阿尔泰山旱獭属于灰旱獭，并且与北天山种群亲缘关系最近。相比之下，基于D-loop区域构建的系统发育树分辨率较低，甚至出现了研究样本与外类群混杂的情况，表明该基因片段在本研究中不适合用于旱獭的分子鉴定。

研究结论与意义

本研究通过综合运用DNA条形码技术和系统发育分析，首次在分子水平上确认，分布于中国新疆阿尔泰山这一新发鼠疫疫源地的旱獭物种为灰旱獭（M. baibacina）。这不仅验证了此前基于形态学的推测，更为关键的是，它使得我们可以依据储存宿主，将该疫源地明确归类为一个“灰旱獭-长尾黄鼠”型疫源地。这一精准分类对于理解该疫源地的生态结构、评估鼠疫耶尔森菌的保存与传播循环机制具有根本性的意义。

研究还揭示了一个重要的种群遗传学发现：阿尔泰山旱獭种群与北天山灰旱獭种群的遗传距离极小，F_st值很低，并且在系统发育树上紧密聚类，这强烈暗示它们可能属于同一亚种。这一发现为了解灰旱獭在新疆境内的种群分布、迁徙和历史演化提供了新的线索。另一方面，南天山种群与其他两个种群显著的遗传分化，则提示天山山脉可能构成了有效的生物地理屏障，导致了灰旱獭不同种群的遗传隔离。

在方法论上，本研究证实了线粒体COI和Cytb基因作为DNA条形码，能够有效、可靠地对旱獭进行物种鉴定和系统发育分析。尤为有价值的是，该技术同样适用于野外监测中常见的、已腐烂的动物尸体样本，这为在难以进行形态学鉴定的情况下，开展野生动物疫源宿主监测提供了一种强有力的分子工具。相比之下，D-loop基因在本研究场景下分辨率不足。

综上所述，这项研究如同一把精准的“分子钥匙”，解锁了新疆阿尔泰山新发鼠疫疫源地的宿主身份之谜。它不仅为后续针对性的疫源地监测、风险评估和防控策略制定提供了不可或缺的科学依据，也展示了分子生物学技术在解决传统分类学难题和应对新发传染病威胁中的强大应用潜力。未来的研究可以扩大样本量和地理范围，并利用完整的线粒体基因组进行更深入的分析，以进一步阐明新疆地区旱獭的种群遗传结构和进化关系。