以土鳖虫属为例揭示山地生物多样性的演化和遗传机制

来源：北京大学2022-08-12 09336034

生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性，其起源是生物学的核心问题之一。在陆地环境中，山地生态系统包含了极其多样的陆地生物多样性，可能的解释包括海拔梯度的巨大变化和多样微环境的形成。

生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性，其起源是生物学的核心问题之一。在陆地环境中，山地生态系统包含极其多样的陆地生物多样性，可能的解释包括巨大的海拔梯度变化形成多样的微环境，促进了种群分化[1]。因此，山区生物群及其与低地生物多样性热点的关系为人们了解多样性的原因提供了一个重要的起点。卡利玛蝶物种丰富，分布在山区和低海拔生物热点，是研究山区物种多样性机制的理想系统。与此同时，作为叶子拟态中最著名和最引人注目的物种之一，泽兰属曾被阿尔弗雷德罗素华莱士称为蝴蝶保护性再分布中最奇妙和毋庸置疑的案例[2]。佩兰属蝴蝶的叶形拟态具有丰富的多态性。当它的翅膀向后折叠时，它可以生动地模拟棕色的枯叶。其翅腹表面的叶形拟态图案包括中脉、次脉、叶柄等图案元素。以及霉斑之类的可变标记。这一群体中独特的多态性使蛱蝶属成为研究遗传多样性的良好系统。

2022年8月2日，北京大学生命科学学院蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北京大学-清华生命科学联合中心张伟研究组在《细胞》杂志上以封面文章的形式在线发表了题为《奥克兰蝴蝶的进化与多样性》的研究论文。通过整合多组学数据，以睡莲属蝴蝶为研究系统，深入探索物种多样性和遗传多样性的生成机制和进化过程。本研究中，东喜马拉雅地区是该属蝴蝶的起源和分化中心，青藏高原的隆升可能促进了该属的物种分化。同时，在微观水平上鉴定了控制枯叶若虫蝶翅腹叶形态拟态多态性的基因皮层，发现其在许多物种中经历了长期的平衡选择。该研究为理解地理变化和自然选择驱动的进化创新提供了新的视角，为生物多样性研究提供了新的理论和范式。

通过收集13个蛱蝶科地理种群样本和其他蛱蝶科样本，对隶属于21个属的105个蝴蝶样本的基因组进行了重测序，追溯了蛱蝶科的起源。系统发育、种群遗传结构和历史种群数量的分析结果表明，蛱蝶属在系统发育树上形成单行，各物种具有相对独立的遗传背景。随着地球温度的降低，许多种群减少了。后续的种群动态历史分析、基于最大熵模型的生境建模和系统发育树的时间修正结果表明，许多种群从墨脱地区迁移并扩散到东南亚的岛屿，而东喜马拉雅地区在许多历史时期为蛱蝶属提供了适宜的生境，该属内物种分化的时间与青藏高原的隆升时间相对应。基于以上分析结果，本研究认为青藏高原隆升形成的丰富山地微环境促进了睡莲属的物种分化，使东喜马拉雅地区成为睡莲属的分化中心。

为了分析蛱蝶属腹翅叶形多态性的遗传机制，本研究以中国蛱蝶亚种为研究对象。基于78个个体样本的第二代基因组测序数据，结合基因组从头组装、基因表达、染色质互作分析和CRISPR/Cas9介导的基因组编辑获得的证据，对睡莲属的10个叶形表型进行全基因组关联研究。本研究确定了叶形拟态表型的多态性受皮层基因调控，并鉴定了5种主要的皮层单倍型。研究发现，包括染色体倒位和拓扑关联域(TAD)在内的机制在三种单倍型中的皮层基因周围区域保持着强连锁。此外，通过对睡莲属皮层基因的分型和群体遗传建模分析，本研究发现频率依赖负选择驱动的平衡选择模型能更好地拟合真实情况，叶形拟态的多态性发生在属内物种分化之前。这为跨物种和长期平衡选择提供了一个罕见的具有明确适应性质的例子。

综上所述，本研究以睡莲属为研究对象，深入分析了睡莲属物种多样性的起源和进化过程，为睡莲属叶形拟态多态性的产生和维持机制提供了遗传学证据，整合了宏观进化和微观进化的研究思路，为理解物种形成、遗传多样性和适应性进化等重要进化问题提供了新的视角和范例。

版权声明

本网站所有标注“来源：100医学网”或“来源：bioon”的文字、图片及音视频资料，版权归100医学网网站所有。未经授权，任何媒体、网站、个人不得转载，否则将追究法律责任。获得书面授权转载时，必须注明“来源：100医学网”。其他来源的文章均为转载文章。本网站所有转载文章都是为了传递更多信息。转载内容不代表本站立场。不想被转载的媒体或个人可以联系我们，我们会立即删除。

87%的用户都在使用100医疗网APP随时阅读、评论、分享。请扫描二维码下载-