快捷搜索:  www.ymwears.cn

超基因在进化中发挥的作用比之前认为的更大

根据《自然》杂志的一项新研究,大量的基因——即“即插即用”的遗传方式——可能在进化适应过程中发挥了比之前认为的更大的作用。

生物学家在野生向日葵种群中发现了37个这种所谓的“超基因”,发现它们控制着大量对适应当地栖息地至关重要的性状的模块化转移。这些因素包括种子的大小、开花的时间以及抵御环境压力的能力,比如干旱或养分利用率有限等等。

不列颠哥伦比亚大学(UBC)的遗传学家马可·托desco说:“我们很惊讶。”“个体超基因控制适应特性的案例之前已经有过报道,但不清楚它们是规律还是只是少数的例外。”我们发现超级基因在适应过程中起着普遍的作用,而且可能是巨大的。”

在这项研究中发现的最大的超基因由超过1亿个碱基对(比许多人类染色体还要多)和1819个基因组成。

这项研究可能有助于解决达尔文自然选择理论尚未解决的一个问题——即,肩并肩生活并相互交配的生物种群如何仍然能够适应独特的特征并分化成不同的物种。

“最初,进化生物学家认为种群之间的地理隔离是它们分化成生态种族或单独物种的必要条件,”不列颠哥伦比亚大学进化生物学家罗兰·瑞斯伯格说。“但最近的研究表明,并排存在的种群能够也确实存在差异。”

“尽管与附近不适应环境的种群进行了基因交换,但控制这种分化的特征通常都是通过超级基因共同遗传的。”在许多情况下,植物能够通过借用已经适应的相关物种的一两个表生基因来适应新的环境。”

超基因在向日葵物种适应过程中起主要作用的栖息地包括德克萨斯州沿海平原、沙丘和墨西哥湾沿岸的堰洲岛。在后一种情况下,一个3000万碱基对长的表生基因控制了适应德克萨斯州堰洲岛和沿海平原的向日葵两个半月的开花时间差异。在堰洲岛人群中发现的早期开花的表生基因最初来自普通的向日葵。

在某些情况下,表生基因的供体物种可能已经灭绝。Todesco说:“我们认为可能发生的情况是,一个物种来到一个新的栖息地,‘偷走’了当地近亲物种的适应性超基因,然后取代了那个物种。”“我们可以称之为‘幽灵表生’,这是一个已经不复存在的物种遗留下来的贡献。”

由于它们的多样性和适应恶劣环境的能力,野生向日葵已经成为进化研究的一个模型系统。

“BC基因组公司自2009年以来一直在投资这项工作,”BC基因组公司农业食品和自然资源部门主管Lisey Mascarenhas说。“愿景、战略投资和科学领导的融合帮助推动了向日葵基因组学研究的创新,这将对粮食安全产生重大影响,并继续吸引全球投资到BC省。”

研究人员对三种野生向日葵的1500多种植物进行了基因组测序:普通向日葵(Helianthus annuus)、草原向日葵(Helianthus petiolaris)和银叶向日葵(Helianthus argophyllus)。然后,他们观察了基因变异和80多种性状之间的关系,这些性状在整个植物生长过程中都得到了监控,也与植物种群的土壤和气候有关。结果是迄今为止最大和最全面的证明,结构变异,即染色体结构的重排,主要负责产生超基因,在适应和物种形成中发挥了基本和广泛的作用。

除了这些超基因,这项研究还发现了许多独立的基因,这些基因似乎对野生向日葵面临的环境压力(包括干旱、高温和低营养胁迫)具有抗性。这些独立的基因对于向日葵育种家来说是非常宝贵的,因为他们可以培育出能够适应未来气候变化所预测的更极端生长条件的品种。从农业的角度来看,它们比超基因具有更大的灵活性。

Todesco说:“因为它们是一个包装,将表生基因引入栽培的向日葵中就意味着将有益和有害的特性都遗传了下来。”“虽然超基因包含了几种可能对农业环境有益的基因,但它们也包含了数百种其他基因,其中一些可能对作物不那么有益。”例如,通过减少产量或改变种子含油量。”

您可能还会对下面的文章感兴趣: