研究表明蝴蝶物种之间惊人的基因流动量

一个国际研究人员小组分析了20个蝶类的基因组，发现其中惊人的大量基因流动-甚至在远缘物种之间也是如此。这项发现发表在《科学》杂志上，挑战了有关物种的传统观点，并指出杂交是生物多样性出现的关键过程。

不同种类的西番莲蝴蝶(Heliconius)具有相似的颜色模式，可作为食肉动物的警告。科学家以前发现，它们相似的原因之一是，由于祖先某个时刻发生了杂交，它们实际上共享了部分DNA。新发现表明，这种DNA共享过程比以前认为的要普遍得多。

为了了解蝴蝶如何通过杂交将基因传递到其他物种，这一过程称为基因渗入，研究人员分析了20 种 Heliconius 蝴蝶物种的新基因组。

比较动物学博物馆的居家生物和进化生物学教授，人口遗传学副教授詹姆斯·马莱特说：“ 在密切相关的物种中已经显示出DNA共享，但我们想更深入地研究系统树。” “我们发现的东西真是令人惊讶：即使是在远缘物种之间也能渗入。“物种”根本不是我们所认为的那样，现在我们有数据可以证明这一点。连通性-蝴蝶基因组的每一部分似乎都有不同的树。”

主要作者Nate Edelman是Mallet小组的研究生，他解释说新的基因组装配体起着详细的基因组图的作用。它们是通过对DNA的短片段进行测序，然后按正确的顺序组装而成的。基因组装配对于研究人员是重要的资源，因为它们使将基因定位回基因组成为可能。

Edelman说：“制造基因组组装而不是简单的基因组“重新测序”的妙处在于，改变的不仅是DNA碱基-基因组的整个结构都可以改变。“并且使用程序集，我们可以检测到那些更改。”

当他们开始分析装配时，研究小组发现了一些基因能够在物种之间移动的证据，而另一些基因对该过程具有更强的抵抗力。决定基因是否可以移动的关键因素之一是称为“重组”的基本生物学过程。

“在人类和大多数动物中，每个人都继承了他们的基因组的两个副本，一个来自她的母亲，一个来自她的父亲，” Mallet解释说。“您与兄弟姐妹在基因上有所不同的原因是由于重组。您的父亲向您提供了自己父母基因组的新加扰的重组拷贝，母亲也将其父母的基因组复制给了您。因此，每个父母的成分组合在一起每个人都是不同的。”

如果目标是为子孙后代产生不同的基因型，则重组被认为是有利的。这项研究中描述的重组系统表明，它也发生在物种之间的基因流动过程中。这组作者说，这可能为适应性基因偶尔在物种之间以及物种内部传递的可能途径。

哈佛大学的合著者迈克尔·宫城说：“有用的基因似乎更有可能在物种之间转移。” “是的，但是基因组还存在更多普通的结构性问题，这意味着某些区域更容易产生来回的基因。”

根据爱德曼的说法，那些基因是否来回流动通常取决于这些不同区域的重组量。

他说：“在低重组区域，与高重组区域相比，我们倾向于对基因流产生更大的抵抗力。” “我们认为发生的事情是，在非常高的重组区域，抗性或不相容性基因与可以跨物种边界流动的基因分离。”

研究小组能够识别出一种关键基因，该关键基因可以在物种之间移动时改变颜色模式。

“袖蝶属蝴蝶是著名的彩色图案。我们发现，在基因组中的一个特定区域的，也有已经相对倒置的祖先序列50万个碱基对，”宫城说。“而沾染了这种颠倒的中间是我们所知道的控制色彩模式。当你有这样的反转，就意味着你要保持在它所有的东西放在一起，所以他们不能再结合该基因。”

新的基因组组装还导致在另一条染色体上发现了一个新的更大的倒位。

使用宫城县开发的新分析方法，研究人员表明，这些反向序列之一在物种间转移。

宫城解释说：“如果我们观察任何特定的DNA片段，每个片段都有特定的历史。” “因此，我们开发的方法着眼于DNA的这些位，可以告诉我们或多或少有渗入的DNA。”

该研究的结论是，杂交是一种方式的物种获得它们的基因组，并可能创造生活的多样性，我们今天看到的一个关键过程。

马莱特说：“在自然界中，任何人都不太可能与另一个物种的成员交配。” “但是在进化时期，它确实发生了。它可能仅发生在'最年轻的'物种组中-迅速进化的物种。生命的大部分多样性可能是由这些快速辐射造成的。它们涉及诸如在这些辐射过程中，我们在这里记录的杂交和渗入可能是改组变异和重组来自不同谱系的适应的重要手段。”

这项研究起源于Heliconius基因组联盟，该联盟于2009年成立，旨在通过对一种Heliconius蝴蝶物种的基因组进行测序来解决有关进化和适应性的问题。这项新研究提供了20种新的基因组装配体。该研究的数据已免费提供给公共档案馆。

Mallet说：“开放数据和实验室之间的共享对于理解进化以及多样性如何爆发非常重要。” “在这个国际财团中，我们每个人都发挥了截然不同的优势，互相帮助，整体上更好地完成了科学工作，其结果是我们的合作者以及其他任何人都可以在未来使用的资源。”

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