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車靜課題組等揭示青藏高原沙蜥屬物種雜交帶生殖隔離維持的基因組學機制
2022-04-07 來源:兩棲爬行類多樣性與進化學科組 作者:高偉
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  物種形成是進化生物學研究中一個基礎而又十分重要的問題,長期受到廣泛關注。厘清物種間生殖隔離形成的進化過程對于理解物種形成這一科學理論問題至關重要。需要注意的是,生殖隔離的建立和維持是物種形成過程中不同的階段:建立是與生殖隔離相關遺傳位點分化的逐漸積累過程;而維持則是面對基因流時,與生殖隔離相關的位點如何繼續保持高分化。在研究中區分這兩個階段是非常有必要的,尤其是在異域成種模型中,隨著分布范圍的擴張或地理障礙的消失,沒有形成完全生殖隔離的物種或種群可能會再次接觸。如果接觸發生在種群分化的早期階段,基因交流將會導致兩個種群的融合,從而逆轉物種形成過程;而在后期階段,基因流只發生在部分基因組區域,與生殖隔離相關的位點不會被同質化。因此,對于在分化后期發生接觸的物種或種群間,基因組高分化區反映的更多的是生殖隔離的維持,而不是它的建立。目前大多數全基因組水平的研究關注在生殖隔離的建立方面。 

  中國科學院昆明動物研究所車靜課題組長期關注兩棲爬行動物的物種形成演化機制研究。前期研究揭示了高原環境生態適應在高山倭蛙種群分化和物種形成中發揮了重要作用(PNAS, 2018)?;趯ι瞅釋傥锓N的研究基礎,近期,聚焦于青海沙蜥(Phrynocephalus vlangalii)和貴德沙蜥(P. putjatai)在青藏高原存在的一個自然雜交帶(接觸區Contact zone)體系(圖1,圖2),研究人員從全基因組水平對發生基因漸滲時生殖隔離是如何維持的進行了探討?;谌哔|量染色體水平的青海沙蜥基因組,對青海沙蜥和貴德沙蜥共86個個體進行了全基因組重測序,其中接觸區涉及41個個體(圖2),異域分布區45個用于對比研究和部分分析的外群。群體基因組學分析顯示,兩物種的基因組高分化區(HDRs)在染色體上呈現異質性分布(圖3),高分化區中包含多個與生殖相關(如精子形成、減數分裂等)的基因,提示可能與兩物種的生殖隔離有關。而接觸區兩物種的群體基因組分析顯示,兩物種間存在偏向性的基因流,進一步提示二者可能已經形成了一定的生殖隔離;分析發現基因流主要由重組介導,它雖然在一定程度上減少了接觸區兩物種的遺傳分化,但分析提示,在高分化區基因流受到限制。更重要的,在基因組高分化區檢測到明顯的歧化選擇(Divergent selection)信號,且具有較低的重組水平,表明歧化選擇和低重組在物種間生殖隔離的維持中發揮了重要作用(圖3)。綜上,該研究利用群體基因組學的技術方法,系統解析了面對基因流時生殖隔離得以維持的分子基礎,為物種多樣性形成和維持的基因組學機制研究開拓了思路。 

  該研究以“Species persistence with hybridization in toad-headed lizards driven by divergent selection and low recombination”為題,近日發表在Molecular Biology and Evolutionhttps://doi.org/10.1093/molbev/msac064)。中國科學院昆明動物研究所的高偉博士、余傳鑫博士研究生、以及周煒幃博士(現為蘭州大學青年研究員)為論文的共同第一作者,車靜研究員和張亞平院士為本文共同通訊作者。本研究得到中國科學院先導項目(B)、國家自然科學基金、第二次青藏高原綜合科學考察研究項目和中國西南野生生物種質資源庫動物分庫(國家重大科技基礎設施專項)的資助。 

  

  1. 青海沙蜥 (P. vlangalii) 和貴德沙蜥 (P. putjatai) 的生態照(接觸區) 

 

  2. 兩種沙蜥的地理分布和群體結構 

 

  3. 基因高分化區的分布和遺傳特征。A為基因組高分化區在染色體上的分布,BI分別表示固定位點密度(df)、FST、Dxy、核苷酸多樣性、XP-EHH、群體重組率、連鎖系數、漸滲比例(fd)的分布,JL表示物種樹形(紅色)和地理樹形(綠色)的權重分布。 


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