ライオンの時空間的な遺伝的多様性は、アフリカ全域での生息地分断の影響を明らかにしている

Spatiotemporal Genetic Diversity of Lions Reveals the Influence of Habitat Fragmentation Across Africa.

• Caitlin J Curry
• Brian W Davis
• Laura D Bertola
• Paula A White
• William J Murphy
• James N Derr

抄録

過去の個体群と現代の個体群を直接比較することで、遺伝的多様性の時間的変化を検出し、生息地の細分化の影響を評価することができます。ここでは、過去100年間の遺伝的多様性の変化を記録するために、歴史的なライオンと現代的なライオンの遺伝的構造を決定した。我々は、出自が知られている高品質の博物館標本143頭からマイクロサテライトとミトコンドリアのゲノム変異を調査し、これらの情報を最近発表された核およびミトコンドリア研究のデータと直接比較することを可能にした。その結果、男性が介在する遺伝子の流れと、生息地の断片化に起因すると思われる最近の局地的な亜集団の分離の証拠を提供することができた。核マーカーでは、歴史的集団（HE=0.833）から現代的集団（HE=0.796）への遺伝的多様性の有意な減少が見られたが、ミトコンドリアの遺伝的多様性は維持されていた（いずれもHd=0.98）。歴史的集団はnDNAデータから汎ミクティックであったと思われるが、階層構造解析により現代集団の遺伝的構造は4層に分かれており、ほとんどのサンプリング場所を検出することができた。ミトゲノーム解析により、4つのクラスターが同定された。ミトゲノーム解析では、南部、混合型、東部、西部の4つのクラスターが同定され、現代個体群と過去にサンプリングされたハプロタイプの間で一貫した結果が得られた。前世紀の間に、生息地の断片化により、人間の拡大がアフリカの景観を変化させたため、ライオンの亜集団はより地理的に孤立した状態になった。その結果、ライオンの亜集団がより分化していくにつれ、微細な核遺伝構造が増加し、遺伝的多様性が失われていったが、ミトコンドリアの構造と多様性は時間の経過とともに維持されていた。

Direct comparisons between historical and contemporary populations allow for detecting changes in genetic diversity through time and assessment of the impact of habitat fragmentation. Here, we determined the genetic architecture of both historical and modern lions to document changes in genetic diversity over the last century. We surveyed microsatellite and mitochondrial genome variation from 143 high-quality museum specimens of known provenance, allowing us to directly compare this information with data from several recently published nuclear and mitochondrial studies. Our results provide evidence for male-mediated gene flow and recent isolation of local subpopulations, likely due to habitat fragmentation. Nuclear markers showed a significant decrease in genetic diversity from the historical (HE=0.833) to the modern (HE=0.796) populations, while mitochondrial genetic diversity was maintained (Hd = 0.98 for both). While the historical population appears to have been panmictic based on nDNA data, hierarchical structure analysis identified four tiers of genetic structure in modern populations and was able to detect most sampling locations. Mitogenome analyses identified 4 clusters: Southern, Mixed, Eastern, and Western; and were consistent between modern and historically sampled haplotypes. Within the last century, habitat fragmentation caused lion subpopulations to become more geographically isolated as human expansion changed the African landscape. This resulted in an increase in fine-scale nuclear genetic structure and loss of genetic diversity as lion subpopulations became more differentiated, while mitochondrial structure and diversity were maintained over time.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Society for Molecular Biology and Evolution.