海洋所在魚類同域生態(tài)分化機制研究中取得新進展
近日,中國科學院海洋研究所海洋資源生物多樣性與演化研究組在魚類同域生態(tài)分化機制研究中取得新進展,相關研究成果發(fā)表于分子生態(tài)學國際期刊Molecular Ecology。
同域物種形成的遺傳機制是生物學長期關注的核心問題,其理論難點在于同域分布的個體間的交配和重組能夠迅速打破連鎖不平衡,阻礙遺傳上不同亞種群的形成?,F(xiàn)有理論認為:基因流動背景下的物種形成始于歧化選擇,但要實現(xiàn)物種的完全形成,生態(tài)分化所作用的性狀必須與生殖隔離組分在遺傳上相耦合。因此,當某一性狀既受到歧化選擇的作用又影響非隨機交配時,同域物種形成最有可能發(fā)生,此類性狀通常被稱為“魔法性狀”。
研究團隊以短吻新銀魚(Neosalanx brevirostris)為研究對象,該物種在長江流域不同淡水湖泊中均存在同域分布的春季和秋季繁殖兩種生態(tài)型。由于其一年生的生命周期特征以及兩種生態(tài)型之間繁殖時間完全不重疊,這一系統(tǒng)構成了研究同域生態(tài)分化/物種形成的理想模型。通過比較來自洪澤湖和太湖的兩組同域分布繁殖生態(tài)型及其祖先洄游種群,系統(tǒng)解析了繁殖季節(jié)同域分化的適應性遺傳結構及其驅動力。群體遺傳結構結果顯示,兩個湖泊內(nèi)兩種同域繁殖生態(tài)型的形成源于祖先洄游種群被陸封在淡水湖泊后獨立且重復的演化事件,構成了平行同域物種形成的前體(圖1)。盡管兩種生態(tài)型之間在全基因組水平上的分化水平很低,但研究鑒定出了794個平行變化的候選適應性SNP位點,這些位點在祖先種群中作為固有遺傳變異以較高頻率存在(圖2)。等位基因頻率變化模式表明,由強烈種內(nèi)資源競爭引發(fā)的歧化選擇驅動了繁殖生態(tài)型的快速分化(圖2)。進一步的基因功能富集分析顯示,這些適應性SNP關聯(lián)光信號感知、溫度感應、晝夜節(jié)律調(diào)控與激素信號傳導等多種與繁殖時間調(diào)控相關的生物學通路,揭示了繁殖季節(jié)性分化背后復雜的多基因調(diào)控網(wǎng)絡。

圖1短吻新銀魚采樣地圖、種群遺傳分化水平與遺傳結構

圖2繁殖生態(tài)型關聯(lián)SNP的特征及適應性遺傳結構
該研究從基因組層面證實,繁殖時間作為一種“魔法性狀”,能夠同時介導生態(tài)適應與生殖隔離,并凸顯了祖先種群中固有遺傳變異在促進生物快速適應與分化中的關鍵作用,相關結果為理解同域生態(tài)分化及物種形成早期的演化軌跡與遺傳基礎提供了新的參考。
中國科學院海洋研究所楊昊博士為論文第一作者,劉進賢研究員為論文通訊作者,邢騰飛特別研究助理和李玉龍副研究員參與了本項目研究。研究得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金等項目的共同資助。
論文信息:
Hao Yang, Teng-Fei Xing, Yu-Long Li, Jin-Xian Liu*. Parallel sympatric divergence driven by disruptive selection acting on a magic temporal isolation trait in a wild annual fish. Molecular Ecology, 2026, 35, no. 1: e70224. https://doi.org/10.1111/mec.70224.
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