持續基因流下物種界限維持機制研究獲進展

2020-12-09 中科院之聲

物種形成及物種界限（Speciation and Species boundary）的問題，是Science在2005年提出的125個重要科學問題之一，近年來受到廣泛關注。物種（Species）作為生命最基本的單元，是生物多樣性最基本的單位及組成部分。正確認識物種是生物多樣性保護、可持續發展等的重要前提和基礎，但同時，物種也是複雜且具有爭議的。在過去一個世紀，針對物種概念（Species concept）的研究層出不窮。雖然學界已提出了超過30個以上不同的物種概念，但生物學家至今在物種概念上仍有分歧。在高等生物物種界定中，生殖隔離（reproductive isolation）被認為是一條基本、具有可操作性的準則。在此基礎上產生的生物學物種概念（Biological Species Concept，BSC）一直是高等生物物種界定的較可靠的準則。生物學家認為，由於生殖隔離的存在，不同物種之間無法進行基因交流，以此維持物種的界限。

20世紀末以來，隨著DNA測序技術的不斷發展，越來越多的證據表明分類學上界定的不同物種之間存在基因交流。這種基因交流包括第一代測序就能展現的葉綠體捕獲（chloroplast capture）、再到如今高通量測序揭示的不同程度的基因漸滲（introgression），均表明物種與物種之間存在大量雜交導致的基因交流現象。隨著研究的深入和對象的擴展，這些打破生殖隔離而產生物種間基因流（gene flow）的實例越來越多，並且包含了較多動植物。廣泛存在的雜交導致的基因交換逐漸被認為是物種進化的動力之一。但是，在廣泛存在的基因流背景下，物種如何維持自己的身份（identity）、並保持與其他物種的界限是值得深入研究的問題。

中國科學院成都生物研究所生物多樣性與生態功能服務領域植物標本館課題組副研究員高雲東針對滇西北地區高海拔分布的百合屬植物，選擇了由沿海拔梯度分布的3種豹子花植物組成的雜交區（hybrid zone），通過群體遺傳學建立譜繫結構、生態位模擬揭示適應性差異及開花物候差異統計花粉流方向等方面的研究，表明該雜交區內存在沿坡度向下的不對稱基因流（asymmetry gene flow）。但是，三個物種形態差異較大、且不存在大量中間過渡形態，表明在基因流背景下物種的界限得到了較好的維持。該研究表明，物種的開花物候、種子傳播方式決定基因流的方向；生態位之間的差異導致的環境過濾（environment filtering）對適宜分布區外的物種及其雜交後代的剔除效應是物種界限維持的機制。百合屬植物較大的染色體及由此導致的低重組率可能是物種維持「關鍵基因」（e.g.，genome island）不被交換的原因。這些結果顯示，物種是動態的、變化的，自然環境（自然選擇）與基因重組的相互作用是物種進化的動力之一。

相關研究成果以Hybrid speciation and introgression both underlie the genetic structures and evolutionary relationships ofthree morphologically distinct species of Lilium (Liliaceae) forming a hybrid zone along an elevational gradient為題，發表在Frontiers in Plant Science上。研究工作得到國家自然科學基金和中科院戰略資源專項的支持。

圖1. 研究涉及的三種百合屬植物。a-b.貢山豹子花Lilium gonshanense (Y.D. Gao et X.J. He) Y.D. Gao，c-d.多斑豹子花L. meleagrinium（Franchet）Y.D. Gao,，e-f.雲南豹子花L. saluenense （Balf. f.）S.Y. Liang，g-h.雜交區內出現的雜交子代（Putative hybrid F2）

圖2.梯度雜交區三個物種的群體遺傳結構。a.基於葉綠體的結果；b.基於核基因微衛星分子標記（SSR）的結果

來源：中國科學院成都生物研究所

相關焦點

  • 漢江流域底棲動物群落多樣性維持機制研究獲進展
    大型底棲動物是河流生態系統中的一個關鍵類群，是研究河流生物群落構建和多樣性格局的模式生物。然而，相比於溫帶（歐洲和北美）和熱帶（南美）地區，關於亞熱帶季風區河流底棲動物群落多樣性維持的研究仍然不足，有關該區域底棲動物物種、功能和系統發育多樣性格局的整合研究鮮見報導。
  • 染色質結構形成及DNA複製叉穩定性維持的分子機制研究獲進展
    已證明停頓的DNA複製叉是不穩定的，需要嚴格的細胞調控，以維持其穩定、防止它垮塌，保持基因組完整性。也已證明Checkpoint（細胞周期檢驗點）是維持停頓複製叉穩定、防止其垮塌的一個必須細胞調控。如果停頓的DNA複製叉垮塌，將產生各種基因變異。
  • 水生所等在漢江流域底棲動物群落多樣性維持機制研究中獲進展
    大型底棲動物是河流生態系統中的一個關鍵類群，是研究河流生物群落構建和多樣性格局的模式生物。然而，相比於溫帶（歐洲和北美）和熱帶（南美）地區，關於亞熱帶季風區河流底棲動物群落多樣性維持的研究仍然不足，有關該區域底棲動物物種、功能和系統發育多樣性格局的整合研究鮮見報導。
  • 【前沿進展】植物所科研人員在合子激活和幹細胞穩態維持機制研究...
    【前沿進展】植物所科研人員在合子激活和幹細胞穩態維持機制研究中取得重要進展 2020-11-20 17:04 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 合子激活和幹細胞穩態維持機制研究獲進展
    近日，中國科學院植物研究所研究員劉春明課題組解析了DEAD-box RNA解旋酶調控miRNA生物合成、合子激活和幹細胞穩態維持機制。已有研究表明，DEAD-box RNA解旋酶在擬南芥基因組中有58個成員參與RNA的代謝過程，如mRNA輸出、mRNA剪切及rRNA加工等，但學界尚不知其是否在miRNA生物合成過程中發揮作用。
  • 基因沉默研究獲進展
    近日，中國科學院國家納米科學中心研究員丁寶全課題組在基於核酸自組裝的基因沉默系統用於腫瘤治療研究中取得進展，相關研究成果以Branched Antisense and siRNA Co-assembled Nanoplatform for Combined Gene Silencing
  • 獼猴桃網狀進化與雜交物種形成機制研究獲進展
    deliciosa）兩個類群外，獼猴桃屬植物還包括其他50多個物種共計約76個分類單元。該屬植物在我國具有廣泛的地理分布，擁有極高的物種形態多樣性和相關於不同生態氣候環境的適應能力。獼猴桃為雌雄異株多年生藤本植物。
  • 中國科大等在神經細胞極性維持的分子結構機制研究中取得進展
    ，揭示了Ndel1/Ankyrin-G複合物在神經軸突起始段調控物質選擇性進入軸突，從而維持神經細胞極性的分子機制，在《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表題為Mechanistic insights into the interactions
  • 國家納米中心基因沉默研究獲進展
    近日，中國科學院國家納米科學中心研究員丁寶全課題組在基於核酸自組裝的基因沉默系統用於腫瘤治療研究中取得進展，相關研究成果以Branched Antisense and siRNA Co-assembled Nanoplatform for Combined Gene Silencing and Tumor Therapy為題，發表在
  • 花瓣平行丟失的分子機制研究獲進展
    已有研究表明，花瓣由苞片或雄蕊多次獨立演化而來，但在不同分支中發生了丟失，導致多個無花瓣類群的獨立起源。然而，到目前為止，導致花瓣平行丟失和無花瓣類群獨立起源的分子機制尚不清楚。中國科學院植物研究所孔宏智研究組長期從事花和花器官起源和多樣化的分子機制研究。
  • 科研進展丨極端乾旱下物種異步性是維持草原生產力穩定的重要機制
    近日，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所草地生態遙感團隊揭示了極端乾旱對中國北方草原地上初級生產力（ANPP）穩定性的影響及其潛在機制相關研究成果在線發表在《生態學雜誌（Journal of Ecology）》上。據庾強研究員介紹，極端乾旱的加劇對物種豐富度、物種異步性和物種穩定性產生了負面影響，但目前尚不清楚這些變化將如何影響整個生態系統ANPP的穩定性。項目組通過四年極端乾旱控制試驗研究發現，極端乾旱降低了六個草原的ANPP穩定性。
  • 上海生科院植物春化作用表觀遺傳機制研究取得重要進展
    在研究中，研究組進一步揭示了開花後的胚胎發育早期擦除「低溫記憶」，激活FLC基因使下一代又需經歷冬季低溫才能在春季開花的分子機制。　　春化作用是指某些植物必須經歷一段時間的持續低溫，才能由營養生長階段轉入生殖階段生長的現象。植物如何響應並記憶長時間的低溫處理即春化作用，是表觀遺傳學和發育生物學的研究熱點。
  • 食肉目鼬科及基因家族相關進化研究獲進展
    近日來自中國科學院昆明動物研究所的張亞平院士課題組捷報頻傳，在食肉目鼬科分子系統學研究及基因家族相關性進化研究中取得突破性進展，兩項研究成果分別發表在著名雜誌
  • 轉錄後修飾機制研究獲進展
    a Truncated tRNA Synthetase that Counters Translation Repression」的文章，揭示了C末端斷裂調控蛋白生成過程中的一種常見機制，這將有助於科學家們更進一步分析轉錄後修飾機制。
  • 植物所在植物物種形成研究中獲進展
    物種形成是進化生物學研究中的核心議題，曾被達爾文稱為「謎中之謎」。目前，自然選擇在物種形成中的作用已得到公認，但對自然選擇在物種形成中如何發生作用仍缺乏足夠的研究。「平行物種形成」是指決定新種形成的生殖隔離機制在相似的生境中多次獨立產生，是一種特殊的物種形成模式，也是自然選擇導致物種形成最強有力的證據。然而迄今為止，植物界中確鑿的平行物種形成案例還鮮有報導。中國科學院植物研究所葛頌研究組一直致力於野生稻的物種形成研究。
  • 桫欏異源多倍體物種形成研究取得進展
    桫欏異源多倍體物種形成研究取得進展 2020-04-22 華南植物園 西雙版納熱帶植物園 【中國科學院華南植物園和西雙版納熱帶植物園科研人員合作，整合形態學、細胞學、系統發育和群體基因組學等手段，系統開展了小黑桫欏的物種形成歷史研究，證實小黑桫欏是異源雜交四倍體，其母本是大葉黑桫欏（二倍體），父本是粗齒桫欏（二倍體）。基於簡化基因組測序的群體基因組學及溯祖模型揭示四倍體小黑桫欏後代與其親本粗齒桫欏在同域或鄰域分布群體存在基因流。
  • 表觀遺傳學調控機制研究獲進展
    近日，來自北京大學醫學部及天津醫科大學的研究人員在新研究中揭示了一種組蛋白乙醯基轉移酶HAT4的結構及功能特徵，相關研究論文發表在國際生物學頂級期刊《細胞》
  • 植物所花瓣平行丟失的分子機制研究獲進展
    已有研究表明，花瓣由苞片或雄蕊多次獨立演化而來，但在不同分支中發生了丟失，導致多個無花瓣類群的獨立起源。然而，到目前為止，導致花瓣平行丟失和無花瓣類群獨立起源的分子機制尚不清楚。中國科學院植物研究所孔宏智研究組長期從事花和花器官起源和多樣化的分子機制研究。
  • 著絲粒裝配調控機制研究獲進展
    本報訊 日前，中科院生物物理所李國紅研究員領導的研究團隊在著絲粒裝配調控機制研究方面獲得重要進展，相關成果發表在《發育細胞》上。 著絲點蛋白Ａ（CENP-A）是一種組蛋白H3的變體，此前，對CENP-A裝配到著絲粒的動態調控機制研究，學界仍然知之甚少。 科研人員發現，CENP-A的第68位絲氨酸對於CENP-A正確裝配到著絲粒上發揮重要作用。
  • 背根神經節參與疼痛機制研究進展
    痛覺產生過程中，背根神經節作為痛覺傳入的初級神經元，在疼痛機制中發揮重要作用，主要表達於背根神經節神經元，與疼痛機制密切相關的離子通道及其受體是實現背根神經節靶向鎮痛的關鍵。 背根神經節在疼痛機制中的作用和疼痛治療始終是疼痛領域的研究重點，本文擬就背根神經節參與疼痛機制的研究進展進行綜述。