1986至1994年間,我們在Denali從25個狼群中采集了130個樣本;1988至1993年間,在SNF從6個狼群中采集了33個樣本。在10個Denali狼群和所有SNF狼群的樣本中,有配偶或繁殖中的配偶。在Denali,我們從直升機上投镖將狼麻醉;在SNF,用陷阱捕捉後再皮下注射麻醉劑。這些狼被裝上了無線電項圈(radio collar)和耳標(ear tag),並從靜脈抽取了5至10毫升血液至肝素抗凝管(heparinized tube)。空中遙測(aerial telemetry)大約每周一次定位觀察這些狼。大多數的觀察從十月開始,至SNF三月或Denali五月。個別無線電項圈能工作高達4年。我們多次重捕這些狼並替換壞掉的無線電項圈,以便繼續監視觀察。
我們在實驗室中將血液樣本中的白細胞(white cell)分離出來並冷藏。再用標準的方法將DNA從白細胞中提取出來。Denali和SNF的種群以前曾被分析過10個微粒體位點,結果發現兩者在雜合性(heterozygoaity)水平、等位基因多樣性(allelic diversity)和等位基因頻率的等價性上相似。因此,這兩個種群的各類相關度估計都應相似。
在每個種群中,我們根據狼的行爲方式定義了三種社會團體:母子(mother-offspring),兄弟姐妹(siblings)和配偶(mated pairs)。配偶的定義爲,共同生活了至少幾周的一對大於2歲並帶著無線電項圈的雄性和雌性。大多數配偶也是繁殖中的配偶,因爲他們在繁殖季節僅兩只相處並繁殖後代。在大狼群裏,就算有別的成年狼在群體裏,我們也能通過諸如一起爲群體領路、相互親密的交往、共同待在巢穴旁等行爲特征來識別配偶。
如果年輕的狼和高等級有配偶的雌性在一起,或是這個群體裏沒有別的成年雌性,我們就定義這是母子。兄弟姐妹則定義爲,同時出生且群體裏只有一對已知的繁殖中的配偶。但是,表面上的繁殖中的雌性很有可能是最近將真正的母親替換下的後代,而認爲的父親則可能會由於偶外交配(extrapair)存在的可能而被錯誤地分配。偶外交配已通過分子遺傳技術在相當多的脊椎動物(vertebrate)中發現,甚至包括行爲學觀察到是一夫一妻制(monogamous)的物種。因此,我們認定如果子女沒有父母特有的等位基因(allele),則配偶中的其中一個的父母角色將可能被排除。我們計算出每一個位點的排除幾率:
δ和β代表後代的等位基因頻率。結合所有位點的可能性後爲:
即産生將隨機選擇的成年個體排除作爲親代或後代的期望。
圈養種群
爲測定分子遺傳學的相似度和估計與已知種群的親緣關係,我們獲得了兩個圈養狼種群的血液樣本以及他們的族譜(genealogy)文件,這兩個種群分別是朱利安種群(Julian pack)和森林湖種群(Forest Lake colony)。朱利安種群位於美國加利福尼亞州城市朱利安(Julian),由兩個被捕獲的野生個體建立,這兩個個體據說市來自阿拉斯加州中部的兩個不同的地區。我們獲得了那個種群唯一一對繁殖中的配偶和他們9個不同年齡的後代的樣本。森林湖種群在美國明尼蘇達州城市森林湖(Forest Lake)附近,這個種群是一個大純種狼家族,個體的親緣關係從兄弟姐妹到無親戚關係。我們選擇用以分析研究的這20個個體是森林湖種群有限的一部分,依族譜計算,他們的親緣相關性R值從0到0.5。
微隨體分析
我們用的20個易變微隨體位點已在家犬基因庫中識別出。要實現從基因組DNA上檢測微隨體等位基因,我們在末端用一個標準32γ-ATP和T4多核苷酸激酶反應引入引物,用50納克(ng)的目標DNA(target DNA)、2微摩爾(mM)氯化鎂和0.8酶單位(U)的Taq DNA 聚合酶,完成28 個PCR(polymerae chain reaction)擴增周期擴大至 25毫升。反應條件爲升溫至94℃ 維持45秒,降溫至50℃或55℃維持45秒,再變至72℃維持60秒。然後,我們將3微升(ul)的每種産物與2微升的甲酰胺染劑(formamide loading dye)混合,並置於94℃加熱5分鍾,再加入含6%測序凝膠和50%尿素的膠液中進行電泳。一個控制該過程的管理信息係統將樣本中的微隨體等位基因全部做上標記。接著,將凝膠放置過夜。
統計分析
因爲野外捕獲的狼的世係族譜是未知的,於是我們用Queller和Goodnight親緣模型來估計他們的親緣關係R值。該模型表明各等位基因在種群中出現的頻率和親緣關係成反比,所以有相同罕見的等位基因表示親緣關係相對較高。如果樣本足夠大表現一個符合Hardy–Weinberg平衡定律的種群,親後代或兄弟姐妹之間的R值就應當接近0.5。總體而言,該指數在-1到1間變化。用Queller和Goodnight模型來計算任何兩個體親緣關係的方式如下:
這個方程式是對所有位點和等位基因的總結。P*是種群中各等位基因的頻率,不包括比較的個體。Px和Py分別是比較的個體中各等位基因的頻率(換而言之, 數值是0.5還是1取決於該個體是雜合子還是純合子)。該模型是不對稱的,所以相互比較的兩者不會彼此相等(Py/Px)。爲了順應這種差異,我們計算出兩個分母和分子的組合(Py/Px和Px/Py),再結合之前的除法。這個過程産生了一個比較兩個個體間的親緣關係的平均預期。
由於技術的局限性,不是所有的個體都被測量了所有20個微隨體位點。所以,我們估計用以測量R值需要足夠數目的位點。我們隨機選擇一個位點,計算親緣指數R值,接著在不更換樣本的情況下選擇另一個位點,再根據這兩個獨立的位點計算親緣關係。就這樣進行無放回重複抽樣直到20個位點均被選中。接著,我們連續采樣,繪制位點和R值的函數。我們重複這個過程100次並計算平均差值(圖1)。