人類活動(dòng)導(dǎo)致的物種引入事件日益頻繁。經(jīng)典理論認(rèn)為，源于少數(shù)個(gè)體的引入種群會(huì)遭遇奠基者效應(yīng)，使遺傳多樣性銳減、近交衰退加劇，從而阻礙其適應(yīng)新環(huán)境。然而，許多物種能夠突破這一遺傳瓶頸，并在新環(huán)境定殖并建群。目前，學(xué)界對(duì)其適應(yīng)性遺傳變異保存機(jī)制尚不明晰。19世紀(jì)下半葉，歐亞樹麻雀分別從歐洲（德國(guó)柏林）和亞洲（中國(guó)廣東）被獨(dú)立引入美國(guó)和澳大利亞，構(gòu)成了兩次天然的“平行引入”實(shí)驗(yàn)。近日，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究團(tuán)隊(duì)聚焦歐亞樹麻雀，對(duì)來(lái)自原生地與引入地的235只樹麻雀進(jìn)行全基因組測(cè)序，并通過(guò)整合群體遺傳學(xué)與生態(tài)位建模，從基因組層面揭示了該物種引入成功的機(jī)制。
歷史種群數(shù)量重建顯示，兩個(gè)引入種群在約150年至180年前均經(jīng)歷了較為嚴(yán)峻的瓶頸，并在基因組上留下印記，即全基因組多樣性降至原生種群的50%至75%，近交水平升高，純合有害突變負(fù)荷也隨之增加。因此，該物種選擇性清除了部分有害等位基因，但未能完全抵消小種群遺傳負(fù)荷的積累。雖然全基因組背景的多樣性普遍喪失，但一些特定基因區(qū)域在引入種群中保持了與原生種群相仿的高水平變異。研究發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域受到平衡選擇，即能夠長(zhǎng)期維持多態(tài)性的進(jìn)化力量的塑造。在原生種群被平衡選擇的基因窗口中，約49%的原生種群在引入種群中同樣顯示出強(qiáng)烈的平衡選擇信號(hào)，比例超隨機(jī)預(yù)期。這表明，奠基者事件雖沖刷了基因組中大部分的偶然變異，卻未能撼動(dòng)這些受平衡選擇作用的“戰(zhàn)略儲(chǔ)備”。
基因—環(huán)境關(guān)聯(lián)分析顯示，它們富集于氣候適應(yīng)性相關(guān)位點(diǎn)。在相距較遠(yuǎn)的中國(guó)和歐洲原生種群，有27%的氣候適應(yīng)性遺傳窗口是共享的。在引入地，這些古老的與氣候適應(yīng)相關(guān)的基因組區(qū)域通過(guò)平衡選擇，將其原有的多樣性較為完整地繼承下來(lái)。同時(shí)，生態(tài)位分析表明，引入地的氣候條件相比原生地高度保守，使得這些祖?zhèn)鞯摹敖鉀Q方案”仍高效適用。為進(jìn)一步量化這種保守性，團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用遺傳偏移模型證實(shí)，引入種群與原生種群在氣候適應(yīng)性遺傳組成上高度相似。同時(shí)，原產(chǎn)地種群（德國(guó)和中國(guó)）適應(yīng)引入地（北美和澳洲）氣候所需的遺傳改變量，未超出其在原生地范圍內(nèi)自然遷徙或擴(kuò)散所需要的適應(yīng)幅度。這證明，樹麻雀的引入成功并非偶然，而是源于其原生種群通過(guò)平衡選擇，預(yù)先維持了豐富且可遺傳的氣候“預(yù)適應(yīng)”基因庫(kù)，使后代即便歷經(jīng)嚴(yán)重的遺傳瓶頸，仍能迅速調(diào)用這些預(yù)設(shè)的解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)新環(huán)境中的挑戰(zhàn)。
該研究揭示了平衡選擇通過(guò)維持祖先適應(yīng)性多態(tài)性，為物種在引入后跨越遺傳瓶頸、實(shí)現(xiàn)快速環(huán)境適應(yīng)提供了“預(yù)適應(yīng)”儲(chǔ)備這一關(guān)鍵進(jìn)化機(jī)制。同時(shí)，該研究為學(xué)界理解和預(yù)測(cè)生物入侵潛力提供了有效工具。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science?Advances）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、國(guó)家博士后資助計(jì)劃、第三次新疆綜合科學(xué)考察等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接
樹麻雀引入歷史和遺傳烙印
樹麻雀基因組景觀和氣候生態(tài)位
樹麻雀氣候適應(yīng)
本文鏈接：研究揭示平衡選擇維系氣候“預(yù)適應(yīng)”儲(chǔ)備機(jī)制http://www.sq15.cn/show-12-2172-0.html
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