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      物種形成研究揭示峨眉錐栗的雜交起源和生殖隔離位點的非均勻分布

      發(fā)布時間:2020-07-07
      來源:科技外事處

        研究同倍體雜交物種形成的難點在于檢驗雜交直接影響生殖隔離的形成。如果我們能觀測到生殖隔離位點呢? 

        版納植物園孫永帥團隊在Nature Communications發(fā)表了題為Genomic basis of homoploid hybrid speciation within chestnut trees的研究論文,該研究以中國特有的峨眉錐栗研究系統(tǒng)為材料,應(yīng)用進化生態(tài)基因組學研究方法,發(fā)現(xiàn)了一個樹木雜交物種以及生殖隔離位點的分布式樣。 

        物種形成模型可分為二歧分支式物種形成和雜交物種形成。二歧分支模型中,每個物種只對應(yīng)一個祖先群體。雜交物種則源自于兩個或多個類群。進一步地,雜交成種分為多倍體雜交成種和同倍體雜交物種形成。多倍體物種形成較常見于植物界。而同倍體雜交物種形成類群頗為少見。迄今,有5個認可度較高的同倍體雜交物種形成類群,均分布在美洲。 

        現(xiàn)存物種及類群間的生殖隔離強度往往高于其祖先群體間的隔離強度。孫永帥團隊將這一原理引入到進化生態(tài)學與基因組學交叉研究中。即,在與生殖隔離關(guān)聯(lián)的基因組區(qū)域上,現(xiàn)存類群間的基因流應(yīng)低于其祖先群體間的基因流。在生殖隔離位點上,親本物種的等位基因往往因環(huán)境、遺傳限制而不能共存。基于這些原理,該團隊應(yīng)用群體基因組學方法鑒定了中華板栗(稱板栗)和錐栗的生殖隔離位點,進而用之檢驗峨眉錐栗是否起源于板栗和錐栗間雜交。與此前研究報道的5個同倍體雜交成種的實驗設(shè)計不同,在峨眉錐栗雜交系統(tǒng)中,板栗和茅栗的姐妹種對關(guān)系為鑒定板栗和錐栗的生殖隔離位點提供了天然對照和便利(圖1) 

        該研究首先用多個方法分析峨眉錐栗與板栗、錐栗的遺傳差異,為峨眉錐栗的分類地位提供了基因組學證據(jù)。然后,采用hhs方法、溯祖模型比較分析等對峨眉錐栗的雜交起源過程進行解析,并估算親本物種對峨眉錐栗基因組的相對貢獻。隨后,該研究鑒定了與生殖隔離關(guān)聯(lián)的候選基因組位點。在峨眉錐栗基因組中,6個生殖隔離位點來自于板栗。基因功能注釋分析發(fā)現(xiàn)兩個花期關(guān)聯(lián)基因位于本研究鑒定的生殖隔離關(guān)聯(lián)位點上。這些結(jié)果表明,親本物種間生殖隔離位點的重新組合可為新物種形成的重要機制。深入分析發(fā)現(xiàn)候選生殖隔離位點偏集中分布于基因組的低重組區(qū)域。研究認為,自然選擇和遺傳重組間互作塑造了峨眉錐栗基因組的進化過程。 

        版納植物園植物進化生態(tài)學研究組孫永帥博士為研究論文的第一作者和通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金委,中國科學院和云南省的經(jīng)費支持。 

      1. 4個栗屬Castanea類群的樣品采集地(a)、演化關(guān)系(b)、遺傳結(jié)構(gòu)(c),以及板栗基因組的重組率分布以及生殖隔離位點的分布式樣(d) 

      本文作者:孫永帥

      責任編輯:zhangwj_151c53
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