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成都生物所揭示无尾两栖类高海拔适应的平行进化机制
发表日期: 2020-12-03 作者: 文章来源:吕彬
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 在相同的进化压力下,不同的物种能够独立的演化出类似的性状特征,例如鸟类和蝙蝠的翅膀,齿鲸和蝙蝠的超声等,借此行使相似的功能。尽管长期以来生物学家认为表型趋同是适应性进化的最好证据,但我们对潜在遗传机制的理解才刚刚开始,而揭示趋同/平行适应的遗传机制在理解进化的可重复性和可预测性方面具有重要意义。考虑到一个问题通常有许多潜在的遗传解决方案,是什么导致了分子趋同/平行进化以及它在自然种群中发生的频率如何,是进化生物学最重要的问题之一。 

 生活在青藏高原高海拔环境中的物种为研究分子趋同/平行进化及其与适应的关系提供了极好的模型系统。在高海拔地区,生物体暴露于严酷的环境中,缺氧、低温、强紫外线辐射。经历相同选择压力的远缘物种很有可能独立进化出相似的遗传适应。 

 为了研究高海拔适应的平行进化机制,中科院成都生物所生物多样性和生态服务领域团队的吕彬副研究员比较了生活在青藏高原高海拔地区的4种两栖无尾目物种的蛋白编码基因,这些物种属于不同的科,在60-165百万年前已经分化。进化分析结合了8个低海拔近缘物种总计13个物种,检验了物种之间趋同和平行的氨基酸替换水平,拟解答以下问题:1)分子平行进化是在基因组中广泛存在还是仅仅局限于小部分特定的基因和位点?2 什么样的基因参与了平行进化?3 这些趋同/平行基因是否与适应高海拔环境有关?总体而言,高海拔物种受到更强烈的自然选择作用(图1)。我们在高海拔物种间检测到显著超出预期的的趋同和平行氨基酸位点,而类似的情况在低海拔物种中却没有发现(图2)。尽管如此,我们没有检测到全基因组范围的趋同和平行进化,多数替换位点集中在少数几个到几十个基因上,在基因组中并不广泛分布,这些基因的功能多涉及到抗饥寒,耐低氧和免疫,这可能和适应高海拔严酷的生存环境有关,表明平行进化在高海拔适应过程中发挥重要的作用。其中几个基因在3个甚至4个高海拔物种中都发生了趋同/平行进化(图3),并且有3个物种的平行替换发生在同一个氨基酸位置上,表明存在一条共同的高海拔适应进化途径。 

 该工作以“Molecular convergent and parallel evolution among four high-elevation anuran species from the Tibetan region”为题发表在BMC genomics上。中国科学院成都生物研究所吕彬副研究员为文章第一作者,傅金钟研究员为通讯作者。该项研究得到国家自然基金31729003)和四川省科技厅应用基础重点项目(18YYJC0171支持。 

 原文链接

    

  

 

  1. 本研究所用13个物种的系统发育关系和正向选择压力(枝颜色)。 

    

 

  2. A)趋同/平行进化观察值与期望值。(B)趋同/平行进化与趋异进化。 

    

 

  3. 高海拔无尾目物种的趋同/平行进化基因数目及其功能。 


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