褐树蛇已成为世界上最著名的入侵物种之一。这种蛇原产于澳大利亚和南太平洋，可能在第二次世界大战后某个时候通过躲藏在军用运输机上抵达关岛。它的到来带来了严重后果。褐树蛇已使许多关岛本土森林鸟类灭绝，并且每年造成数百次停电，因为它们攀爬电力杆和电气设备。在美国的某些地区，褐树蛇的数量已高达每平方英里30000条。一个违背预期的蛇类入侵这一入侵长期以来让生物学家感到困惑，因为人们普遍认为关岛的种群最初只有少数几条蛇。如此有限的创始种群通常会造成严重的基因瓶颈。由于可供利用的基因差异较少，近亲繁殖通常会减少一个物种的适应能力，并使快速种群增长变得不太可能。新近的研究由布法罗大学主导，发表于7月24日的《科学进展》上，表明褐树蛇拥有远比科学家以前认识到的更多的基因变异。来自布法罗大学和美国地质调查局（USGS）的研究人员使用先进的长读取测序技术来检查蛇的基因组的大部分区域。他们发现了数千个结构变异，包括重复、缺失或重组的DNA片段。这些变异主要集中在与免疫和嗅觉相关的基因中。这种隐秘的基因多样性可能有助于解释由仅仅几条蛇创立的种群是如何在激烈的近亲繁殖中存活、适应关岛并大幅扩张的。“褐树蛇的基因多样性也许并不疯狂多样，但它拥有一些被低估的重要基因多样性来源，”该研究的通讯作者、布法罗大学生物科学系副教授特雷弗·克拉本霍夫（Trevor Krabbenhoft）博士说。研究结果对关岛以外的情况有影响这一发现可能对那些花费数十年试图控制关岛褐树蛇种群的机构来说是令人沮丧的。更大的基因灵活性可能使这一入侵物种比之前假设的更具适应力。同时，这些结果可能为受到威胁的小型或高度近亲繁殖种群提供希望。“受到威胁的物种可能在基因上比我们意识到的更具灵活性，”第一作者克里斯托弗·奥斯本（Christopher Osborne）博士说，他曾是克拉本霍夫实验室的博士生，现在是纽约州立大学奥斯威戈的水生生物学家。“我们现在对那些可能解释一些近亲繁殖物种如何仍能对其环境作出反应的被低估的基因多样性来源有了更好的理解。”长读取测序揭示隐秘的DNA变化科学家们对基因多样性的了解大多来自对个体DNA碱基对变化的研究，例如A变为G或T变为C。早期的DNA测序工具主要是为了检测这些小的变化而设计的，它们在识别涉及较长DNA序列的重大差异方面的效果较差。长读取测序使研究人员能够检查基因组中更大的连续片段。这使得检测影响50个碱基对以上的结构变异成为可能。综合来看，结构变异影响的基因组区域几乎是单个碱基对变化的八倍。“这就好比用放大镜逐字研究两本书的一部分，并认为它们是相同的，却没有意识到整段段落已经被移动或重复。旧的测序技术没有让我们轻易看到一个个体的DNA在染色体上的位置可能与另一个个体完全不同，”克拉本霍夫实验室的博士后研究员利维·格雷（Levi Gray）说。“我们如何定义基因多样性以及我们如何实际测量它在很大程度上受到技术的影响。”格雷曾在美国地质调查局工作时研究过关岛的褐树蛇问题。通过这次合作，研究人员获得了来自USGS褐树蛇快速反应团队（RRT）的DNA，该团队致力于防止这种入侵物种在美国及其领土上进一步扩散。超过19000个结构变异当研究小组在克拉本霍夫的实验室分析样本时，他们在褐树蛇基因组中识别出了超过19000个结构变异。这意味着研究人员发现大约19000个DNA片段的位置不同，因为它们被重复、删除或重组。这些变异并不是在基因组中随机分布的，而是在参与免疫功能和嗅觉（即嗅觉感知）相关的基因中尤为常见。褐树蛇在导航和捕猎方面严重依赖嗅觉。通过快速伸舌，它们收集空气中的化学信号，帮助它们找到潜在的猎物。