新的进化研究揭示了大规模的基因组

一项新的进化研究发现,在一代人的时间里,基因组发生了巨大的变化

Rhagoletis Pomonella Fly探索山楂树的原生宿主果实。

通过应用最新的基因组测序和分析工具,对20世纪90年代在圣母大学进行的实验中保存下来的证据进行分析,一项新的进化研究发现,在一代人的时间里,基因组发生了巨大的变化。

来自赖斯大学的生物学家团队,巴黎圣母院大学和其他三所学校发现,在一代人的广泛和基因组的变化经历广泛和基因组的变化之后,在1850年代开始轰炸美国的农业害虫。

这个新的结果,发表在本周的《生态学快报》上这项研究的灵感来自于将最新的基因组测序和分析工具应用于保存的证据,这些证据是上世纪90年代在圣母大学(Notre Dame)进行的实验留下的。这项研究集中在一种叫“苹果蛆”的北美本土果蝇上,这种果蝇会在山楂树的果实中产卵。19世纪50年代,从纽约北部分离出来的一群雷戈莱缇蝇开始在苹果上产卵,这一举动要求它们调整每年产卵周期的时间,以适应新宿主的结果时间。

“今天,有两种形式的Rhagoletis pomonella在美国,祖先形式,乘以它的生命周期的《山楂树之恋》和派生形式的苹果树,水果约3 - 4周早些时候,”研究作者斯科特•伊根说进化生物学家莱斯大学生物科学学院的。“这两种物种进化出了非常明显的差异,并且正在向两个新物种进化的道路上。因为它们每年只有一代,我们知道这两种物种之间的所有差异在不超过170代的时间里就发生了。”

两种群体也已知杂交。在给定年份,人口之间的举动约为5%。对于专门研究物业过程的生物学家和其他生物学家,分歧群体之间的持续“基因流动”提出了关于是否以及如何以及如何发展成两种物种的重要问题。

伊根说:“根据理论,这种基因流动的数量应该足以抵消导致种群分化的不同选择过程。”“然而,如果自然选择是强有力的,而且选择的影响是全基因组的,即使面对如此多持续的基因流动,两者也可能分道扬镳。”

为了了解这两个种群在基因上分化的速度有多快,伊根和他来自英国谢菲尔德大学圣母大学的同事们进行了研究佛罗里达大学堪萨斯州立大学进行了迄今为止最广泛的pomonella遗传分析。

从刑事取证借入页面,该团队将基因组科学的最新工具应用于自20世纪90年代中期以来在Notre Dame Biogart Jeffery Feder的冰箱中保存的实验样本。在初步实验时,遗传技术只允许联合会和同事们在基因组中研究少量变化。

进化研究发现大规模基因组转移

该图描绘了在罗格卢比斯皮氏菌的天然宿主种族之间演进的基因组型遗传差异,这些遗传学差异在山楂树(红色)上,并在1850年代开始在苹果树上再现苹果树的新的分歧宿主种族(绿色)。在实验室实验中,研究人员发现,在苹果树的果实周期上饲养天然山苍蝇只是一代人导致了一个基因组偏移(虚线),占两场比赛之间的遗传差异的70%。

“我们收集了来自山楂树的苍蝇,将苍蝇分成两组,并在实验室的山楂和苹果样条件下提出了苍蝇。”通过在条件下提高祖先人口,联邦和同事在19世纪50年代在纽约观察到的主机转变。

2012年,伊根和同事们为早期实验室实验中的个体进行了部分基因组测序,并测量了在山楂环境和苹果环境中长大的个体之间的差异。该团队编制了一个超过50亿对核苷酸碱基对的数据库,以检验所有种群之间的遗传差异。特别有趣的是整个基因组中脱氧核糖核酸在一个位点上,不同种群的序列不同。这种类型的遗传变异被称为多态性,“单核苷酸多态性”或SNPs,是最小的多态性变异单位。

“对于已经在Apple循环上一代人提出的祖先苍蝇,我们记录了超过32,000个SNP的变化,”Egan说。“总体而言,我们发现,由于这一一代的第一代遗传变化占了自1950年代以来两名人口之间发生的所有遗传变化的70%。”

堪萨斯州立大学(Kansas State University)的格雷格·拉格兰(Greg Ragland)是该研究的共同第一作者,他说,“在实验和自然种群中观察到的变化强调了生态选择在物种分化早期阶段的重要性,并呼吁进一步整合物种形成和基因组分化的研究。”

例如,当团队比较“选择实验”的遗传变化与本质上的苹果和普林人群之间的基因组差异,他们发现了引人注目的相似之处。具体地,32,000个SNP的方向和幅度类似于观察到的祖传和分歧群体之间的差异。

“通过结合实验种群和自然种群的基因组数据,我们能够量化选择对整个基因组的影响,”Feder说。

他说,这些效果普遍存在于R.Pomonella基因组,因为除了直接对基因的基因产生重要特征的影响外,还存在间接影响,其中一种基因的变化通过称为“联动不平衡”的过程促进其他地方的变化。

egan表示,上一对Pomonella的研究提供了其他线索,为什么遗传转变如此普遍。例如,在宿主植物之间的移动中选择的特征涉及许多基因。此外,R.Pomonella具有高水平的群体遗传变异,在这种选择方面容易作用。最后,R.Pomonella更容易受到不同自然选择的影响,因为其基因组含有几个“反转区域”区域,其中DNA序列以相反的顺序破裂并重新调整,这增加了连锁不平衡和选择的总影响。

该研究得到了大学大学的Huxley教师奖学金在生态和进化生物学中的资助,并由Notre Dame大学的先进诊断和治疗和环境变更举措。yabo124研究共同作者包括Lauren Assour,Glen Hood和Scott Emrich,所有Notre Dame;佛罗里达大学托马斯鲍威尔;谢菲尔德大学的Patrik Nosil。

出版物:Scott P. Egan,等,“生态学术期间的生态学的基因组影响的实验证据 - 基因流动的早期阶段,”生态信件,2015;DOI:10.1111 / ELE.12460

图片:Hannes Schuler;S. egan /赖斯大学

1评论关于“新进化研究揭示了大规模基因组转移”

  1. “我们收集了来自山楂树的苍蝇,将苍蝇分成两组,并在实验室的山楂和苹果样条件下提出了苍蝇。”通过在条件下提高祖先人口,联邦和同事在19世纪50年代在纽约观察到的主机转变。
    那么,基因转移完全是由于Apple Ala Johnny Appleseed的到来?
    我不认为有人争议的生活是终极捕食者,只需要一个灾难性的事件来扰乱所建立的顺序并基于调整后的基因组开始新的捕食。

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