怀俄明蟾蜍，Anaxyrus baxteri，在整个20世纪后期，由于栖息地破坏和真菌感染等因素，遭受了严重的数量下降。20世纪90年代，为了拯救这个物种，这种蟾蜍被纳入圈养繁殖计划。科学家估计，目前野生蟾蜍的数量只有400到1500只，这意味着蟾蜍被认为是极度濒危的。

“这个物种的种群减少一开始就造成了一个遗传瓶颈，这意味着遗传多样性的水平已经非常小，”北卡罗来纳州立大学比较免疫学教授杰夫·约德(Jeff Yoder)说，他是一篇描述这项工作的论文的共同通讯作者。“这是第一次专门研究这些蟾蜍免疫系统的基因多样性，以及它如何影响它们作为一个群体。”

约德和北卡罗莱纳大学夏洛特分校的共同通讯作者亚历克斯·多恩伯格对三个健康的、退休的怀俄明蟾蜍繁殖者的免疫组织进行了RNA测序。该研究的合著者迈克尔·斯托斯科普夫(Michael Stoskopf)是2008年成立的怀俄明州蟾蜍恢复实施团队的成员，他获得了这些样本。

“我们特别关注编码toll样受体(TLRs)的序列，以及这些组织中表达的主要组织相容性复合体(MHC)的蛋白质，”该研究的第一作者、目前在北卡罗来纳州立大学(NC State)攻读博士的卡拉·卡尔森(Kara Carlson)说。“这些基因是免疫系统的主要组成部分。”

tlr是免疫系统的第一反应者，在不同物种之间具有相似性或保守性。另一方面，MHC是一个大而多样的基因群，在物种和个人之间各不相同。它可以确定为什么一个群体比另一个群体对特定病原体更有抵抗力。

“MHC基因是基因组中进化最快的序列之一，”Carlson说。“所以在一个健康的群体中，有很多品种会遗传给后代，使物种能够适应不同的病原体。然而，如果疾病幸存者这样做是因为他们的MHC，那么这组人也会有相似的MHC。

“怀俄明蟾蜍被圈养，以拯救该物种，它们都能够抵抗导致该物种大量死亡的真菌，但这可能意味着它们的免疫多样性减少了。”

研究人员比较了这三种怀俄明蟾蜍的TLR和MHC，以及来自普通蟾蜍和蔗蟾蜍的样本。普通蟾蜍和甘蔗蟾蜍都比怀俄明蟾蜍表现出更多的MHC多样性，尽管甘蔗蟾蜍经历了类似的遗传瓶颈。

卡尔森说:“这项研究的小样本量——由于蟾蜍的濒危状态，这是不可避免的——不过为保护奠定了一个重要的框架。”

“一般来说，两栖动物没有其他生物那么多的基因组资源，”约德说。小种群的圈养繁殖进一步减少了遗传多样性。但是，虽然这些蟾蜍可能更好地抵御几乎将它们消灭的真菌感染，但它们可能没有准备好应对新的病原体。”

“虽然我们对怀俄明蟾蜍缺乏免疫原性多样性并不感到惊讶，但它确实引发了一个重要的问题，”Dornburg说。“其他需要保护的物种在与突发病原体的战斗中装备如何?”

“通过了解免疫系统的遗传多样性，我们可以为圈养繁殖提供信息，以增加一个物种在野外抵抗疾病的机会，”约德补充说。“像这样的研究对于圈养繁殖实践的发展是非常宝贵的。”

这项研究发表在《保护遗传学》杂志上，得到了北卡罗来纳州立大学研究与创新种子基金(RISF)计划、北卡罗来纳州立大学比较医学与转化研究中心(CCMTR)和美国国家科学基金会(NSF)的支持。

Journal Reference:

1. Kara B. Carlson, Dustin J. Wcisel, Hayley D. Ackerman, Jessica Romanet, Emily F. Christiansen, Jennifer N. Niemuth, Christina Williams, Matthew Breen, Michael K. Stoskopf, Alex Dornburg, Jeffrey A. Yoder. Transcriptome annotation reveals minimal immunogenetic diversity among Wyoming toads, Anaxyrus baxteri. Conservation Genetics, 2022; DOI: 10.1007/s10592-022-01444-8