棕樹蛇已成為世界上最著名的入侵蛇種之一。
這種蛇原產於澳洲和南太平洋。它很可能在第二次世界大戰後的某個時候到達關島，可能藏在一架軍用貨機上。它的到來帶來了可怕的後果。棕樹蛇正在導致關島本地森林鳥類的局部滅絕。他們每年都會因攀爬電線桿和電氣設備而造成數百次停電。
在美國的一些地區，蛇的數量已增加到每平方英里 30,000 條。
出乎意料的蛇入侵
這種入侵長期以來一直讓生物學家感到困惑。這是因為人們相信關島的人口最初只有幾條蛇。
創始人數量如此有限，往往會造成嚴重的遺傳瓶頸。這是因為遺傳差異較少。定期繁殖會降低物種的適應能力，並降低族群快速成長的可能性。
布法羅大學領導的新研究於 7 月 24 日發表 科學進步它顯示棕色樹蛇的遺傳變異比科學家之前所知道的要多。
布法羅大學和美國地質調查局 (USGS) 的研究人員使用高讀長定序來檢查蛇的大部分基因組。他們發現了數千種不同的結構。這包括已複製、刪除或重新排列的 DNA 片段。
其中許多變異集中在與免疫和氣味有關的基因。
這種隱藏的遺傳多樣性可能有助於解釋僅由少數蛇建立的族群如何在激烈的近親繁殖中生存。適應關島 它是如何快速擴張的？
「棕色樹蛇的多樣性可能不是很高。但是遺傳多樣性的一個重要來源尚未被充分認識，」該研究的作者、布法羅大學生物科學系副教授 Trevor Krabbenhoft 博士說。
對關島以外地區產生影響的發現
對於花了數十年時間試圖控制關島棕樹蛇族群的機構來說，這項發現可能令人沮喪。更大的遺傳靈活性可能使入侵物種比以前想像的更有彈性。
同時，這些結果可能為族群數量少或譜系高的瀕危物種帶來希望。
「瀕臨滅絕的物種可能具有比我們想像的更多的遺傳靈活性，」第一作者克里斯托弗·奧斯本博士說，他曾是克拉本霍夫特實驗室的博士生，現在是紐約州立大學奧斯威戈分校的水生生物學家。這也許可以解釋一些純種動物仍然如何對環境做出反應。 」
長讀長定序揭示隱藏的 DNA 變化
科學家對遺傳多樣性的了解大部分來自於研究個體 DNA 鹼基對的變化，例如 A 變成 G 或 T 變成 C。
早期的DNA定序工具主要是為了檢測這些微小的變化而設計的。它們在識別與較長 DNA 相關的重要差異方面的效率要低得多。
長讀長定序使研究人員能夠檢查大型、高度連續的基因組片段。這使得檢測影響 50 個或更多鹼基對的結構變異成為可能。
綜合起來，結構變異對基因組的改變比涉及單一鹼基對的改變多近八倍。
「這就像用放大鏡看兩本書的不同部分，並認為它們是相同的，但我不知道是否所有段落都被移動或重複。傳統的 DNA 測序技術不允許我們輕易地看到一個人的 DNA 可能與另一個人的染色體上的位置完全不同，」Krabbenhoft 實驗室的博士後研究員 Levi Gray 博士說。 “我們如何定義遺傳多樣性以及如何衡量遺傳多樣性在很大程度上取決於當時的技術。”
格雷先前在為美國地質勘探局工作時透過該合作研究了關島的棕樹蛇問題。研究人員從美國地質調查局棕樹蛇快速反應小組 (RRT) 獲得了 DNA，該小組致力於防止入侵物種在美國及其領土的其他地方擴散。
超過 19,000 個結構變量
當研究小組在 Krabbenhoft 實驗室分析樣本時，他們發現了棕樹蛇基因組中超過 19,000 個結構變異。
這意味著研究人員發現了大約 19,000 個 DNA 片段因重複、缺失或重排而有差異的位置。
這些變異並不是隨機分佈在整個基因組中的。相反，它們更頻繁地出現在涉及免疫功能和嗅覺的基因中。或嗅覺
棕樹蛇嚴重依賴氣味來導航和捕獵。他們用分岔的舌頭輕輕一抖，就能從空氣中收集化學訊號，以幫助定位獵物。
嗅覺受體基因中發現的異常多態性可能有助於解釋行為之謎。眾所周知，棕樹蛇會吃掉其棲息地的其他蛇。但幾乎沒有證據顯示它們在關島互相捕食。
「蛇增強的嗅覺可能使它們能夠將彼此視為兄弟姐妹。特別是考慮到近親繁殖的程度很高。這不僅僅是受害者，」格雷說。
關島存在遺傳多樣性嗎？
科學家們仍然不知道這些不同的結構在蛇到達關島之前是否已經存在。或是入侵開始後他們還在那裡嗎？
大規模的基因組變化常常發生在幾個世代的身上。然而，一些研究表明，嚴重的人口瓶頸可能會加速結構變異的演變。
確定這些變化發生的時間需要將它們與原生地的棕色樹蛇進行比較。
「這種多樣性有可能是在入侵之後出現的嗎？就是這樣。但我們必須對本地種群的蛇進行測序才能確定，」格雷說。
其他合著者包括美國地質調查局科學家 M. Renee Bellinger 博士和 Melia Nafus 博士，以及布法羅大學研究科學家 Brian Foote、博士後研究員 Steven Fleck 博士以及博士生 Sarah Chang 和 Hannah Waterman。
