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长得像的物种是近亲?那可不一定!

发布日期:2022-05-13 18:03   来源:未知   阅读:

  长得像、DNA比较相近的物种是近亲?那可不一定!4月20日,我国科学家领衔的中外联合团队公布了对有袋类哺乳动物的物种辐射性大爆发过程的研究结果。该结果重建了有袋类物种的演化关系,并揭示了物种快速分化过程中,一些随机事件有可能会导致远缘物种具有相似表型的现象,解释了利用形态和分子数据在构建物种树时经常出现冲突的发生机制。相关研究成果于当日在线发表于《细胞》杂志上。

  “早在达尔文时代就提出现在地球上的生物都是由共同祖先演化来的,由共同祖先不断分叉演化形成现在物种类群的历程就构成了‘生命之树’。”该论文第一作者深圳华大生命科学研究院的冯少鸿博士介绍说,重构正确的物种关系树是演化生物学研究和开展跨物种比较研究的基础,对推理各种生物学现象的起源过程至关重要。

  DNA是绝大多数生物的遗传蓝图,按照达尔文提出的物种演化模型,物种间DNA序列的差异可以反映出物种的分化历程,即DNA序列越相似的物种在“生命之树”上就更接近。同时,表型由DNA来决定,理论上携带相同表型的物种演化关系也就越接近。依据这样的推论,形态数据和DNA数据都可以用来构建物种树。

  “但实际上,DNA数据与形态特征往往会得到矛盾的物种演化历程,而且仍缺乏研究来解释为什么会存在这样的矛盾。”论文共同第一作者、中国科学院动物研究所研究员白明如是说。

  以人类为例,人类约在700万年前与黑猩猩从共同祖先古猿分化形成,古猿类和旧世界猴在约2800万年前拥有相同的祖先,最早的灵长类物种祖先可以追溯至8000万年前,而目地球上的哺乳动物在约两亿多年前都有共同祖先。

  “我们往往会在经历过物种快速分化的类群里观察到分子树与形态树冲突的现象。”论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心主任的张国捷教授指出,不完全的谱系分流就是一种可以导致上述情况的原因。多个物种在极短的时间内从一个共同祖先里分化出来,使得某些祖先基因的多态性被随机分流到分化出的不同物种里,从而使得多个物种随机保留了相同的基因型。但这种现象对性状的演化是否存在影响一直没有研究。

  图为不完全的谱系分流示意图(每组两个圆点代表一个个体,每个圆点代表一个基因)。冯少鸿等绘

  在许多经历过物种大爆发的类群里,这种不完全的谱系分流现象均出现过,比如各种哺乳动物类群、鸟类、昆虫、鱼类等。

  为了研究不完全的谱系分流对物种形态和性状演化的影响,研究团队利用有袋类动物开展研究。

  “这一类群很可能经历了物种大爆发,导致了其早期演化关系存在长期争议,特别是围绕着南美有袋类微兽目的演化地位,而小山猴是该目唯一的现存物种。”冯少鸿介绍说,作为南美洲的有袋类动物,它却在骨骼、生殖器官和大脑结构等诸多方面与澳洲的有袋类动物更相似,尤其是袋鼠、考拉等双门齿目动物。

  正是由于这种形态的相似性,早前基于形态特征推定的演化关系认为小山猴应该和双门齿目的袋鼠和考拉更近缘,进而推测美洲小山猴应起源于澳洲。但此次研究表明,小山猴应该是澳洲有袋类动物的姐妹群,不属于澳洲有袋类。因此,过去错误的观点很可能是由于物种快速分化的过程不完全的谱系分流导致的。

  这些有冲突的基因组区域包含了上百个与神经系统、免疫系统、骨骼形态等相关的基因,它们可能与现今物种性状特征与物种发生历程之间的矛盾有关。

  研究推测,不完全的谱系分流所引发的祖先多态性的随机固定可能会偶然地导致两个亲缘关系较远的物种继承相同的祖先基因型,如果不同的祖先基因型会产生不同的形态特征,那么这样一来,就可能会导致远缘物种具有更加相似的表型。

  为了验证上述猜想,研究人员利用博物馆馆藏标本确定了小山猴的肱骨弯曲形态、脊柱棘突高度、门牙形态都是跟双门齿目的袋鼠和考拉更为相似。

  “我们还采用基因编辑技术对受不完全的谱系分流影响的基因建立小鼠实验模型,通过实验小鼠和野生小鼠的骨骼性状扫描结果的比较,证实了受不完全的谱系分流影响的基因型替换确实产生了符合预期的表型结果。”冯少鸿补充道。

  这一研究还证明,仅依靠部分基因、部分性状来构建物种关系树是不可靠的,全基因组数据才是重构物种发生历程的金标准。并且,不完全的谱系分流可以作为解释基因组物种树和表型变异之间冲突的可能机制。

  物种性状的演化被认为是物种长期适应环境的结果:突变产生新的基因与新的性状,新基因通过繁殖扩散开来,有利于生存与繁殖的性状及其基因会被自然选择保留下来。

  在远缘物种中出现相同的性状,过去往往会用趋同演化来解释这种现象。然而,这一次研究则揭示不同类群间相同性状的出现也可能是随机遗传了祖先性状引起的。

  同时,该研究还证明,全基因组数据才是重构物种发生历程的金标准。通过全基因组数据可以充分揭示不完全的谱系分流作为一种可能的机制来解释基因组物种树和表型变异之间冲突的现象。

  此外,该研究还综合了古气候地理,物种分化、形态、DNA等多方面证据来佐证有袋类物种演化进程。

  “近年来,测序技术的发展将基因组学研究带入了完美参考基因组的新时代。”冯少鸿表示,但此次研究是基于二代测序技术的基因组完成的,这也提示我们不要过分追求新技术,而忽视了科学问题的重要性。