生物多样性的线索?生物多样性的线索?骑在量子计算的“波”上骑在量子计算的“波”上

科学家们发现,一些番石榴蝶(Heliconius)拥有类似的颜色模式,这有助于它们抵御捕食者,因为它们实际上是在其祖先的某个地方杂交的结果,它们的部分DNA是相同的。

但是,《科学》杂志上的一项新研究提供了证据,表明DNA共享的过程可能比以前认为的要普遍得多,这为生物多样性的形成提供了潜在的线索。

20蝴蝶基因组的分析发现,许多蝴蝶物种——包括远亲的显示高得惊人数量的基因流,James木槌说住校,有机和进化生物学教授和副比较动物学博物馆的群体遗传学研究的资深作者。

“DNA共享已经在亲缘关系较近的物种中得到了证明,但我们想要更深入地探索系统发育树,”Mallet说。“我们的发现非常惊人:即使在亲缘关系较远的物种之间,也会出现基因渗入。“物种”根本不是我们想的那样,现在我们有数据可以证明这一点。蝴蝶的进化树是一个相互联系的沼泽。”

对于Mallet和他的同事们来说,了解蝴蝶是如何来回传递基因的——这一过程被称为“基因渗入”——开始于Heliconius家族中20个不同物种的新“基因组组合”的创造。

论文的第一作者、马利特实验室的研究生内特埃德尔曼(Nate Edelman)解释说,这些组装基本上就像基因组图谱一样,是通过对DNA的短片段进行测序,然后按正确的顺序组装而成的。

一旦创造出来,这些图谱也可以作为未来研究人员的重要资源,使他们能够将基因映射回基因组。

Edelman说:“制作基因组组合而不是简单的基因组‘重新排序’的最酷的地方是,改变的不仅仅是DNA碱基——整个基因组的结构可以在进化的过程中改变。”“通过使用这些组件,我们可以检测到这些变化。”

Mallet说,当他们开始分析这些组合物时,研究小组不仅发现了一些基因能够在不同物种间转移的证据,而且还发现了其他基因对这个过程更有抵抗力的证据。

决定基因能否移动的关键因素之一是一个叫做重组的基本生物学过程。

在创造精子和卵细胞的过程中,当一个生物遗传的两个基因拷贝——一个来自母亲,另一个来自父亲——混合在一起时,重组就发生了,从而形成了一个独特的混合。

“有用的基因似乎更可能在物种间转移,”另一位主要研究生作者迈克尔·宫城(Michael Miyagi)说。“这是真的,但基因组也存在一些常见的结构问题,这意味着某些区域更有可能存在基因来回转换的情况。”

Edelman说,这些基因是否来回流动,常常取决于这些不同区域重组的程度。

“在低重组区域,我们倾向于看到比在高重组区域更多的对基因流动的抵抗,”他说。“我们认为发生的情况是,在非常高的重组区域,耐药或不相容的基因与能够跨越物种边界的基因分离。”

宫城说,幸运的是,研究小组发现了一种关键基因,它可以改变物种间的颜色模式。

他说:“邮神蝴蝶以它们的色彩图案而闻名……我们发现,在基因组的一个特定区域,大约有50万对碱基对与祖先的序列相反。”“而在反转中间的是我们知道控制颜色模式的基因。当你有一个这样的倒置,这意味着你把所有的东西都放在一起,所以它们不能重新组合。”

在另一个案例中,Edelman说,研究小组在另一个染色体上发现了一个更大的反转,这仍然是个谜。

Mallet和Edelman说,由于宫城县发明了一种新的分析方法,研究小组能够证明其中一个倒转序列被转移了。

Mallet、Edelman和Miyagi说,最终,这项研究表明,杂交——无论多么不可能——是物种获得基因组的一种方式,而且可能是创造我们今天看到的生物多样性的关键过程。

“在自然界中,个体与其他物种交配的可能性很小,”马利特说。但在进化的过程中,它确实发生了。

“这可能只会发生在最年轻的物种群体中——这些物种正在迅速进化,”他继续说。“大多数生物的多样性可能是在这些快速辐射中产生的。它们与哺乳动物的起源有关。在这些辐射期间,这可能是重组变异和重组来自不同血统的适应的重要手段。”

这项研究得到了哈佛大学麻省理工学院的SPARC拨款以及哈佛大学的启动和学生奖学金的支持。

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An international group of researchers examined the genome of the Postman butterfly (above), a well-known species that lives in the Peruvian Amazon, and then used that data as a guide to look at two other closely related butterfly species. They discovered that the species look similar because they share the parts of their DNA that deal with color patterns.

生动的细节

对蝴蝶的研究揭示了基因共享

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/10/gene-flow-between-butterfly-species-offers-clue-to-biodiversity/

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