同濟大學(xué)陳士超副教授課題組在《eLife》發(fā)文揭示地理隔離物種分化的分子機制
近日，我院陳士超副教授與美國北卡羅萊納州立大學(xué)、佛羅里達大學(xué)、佛羅里達自然歷史博物館、加拿大艾伯塔大學(xué)、浙江大學(xué)、北京基因組研究所、中國科學(xué)院植物研究所的研究人員合作，在國際知名學(xué)術(shù)期刊《eLife》上發(fā)表研究論文，陳士超老師為共同第一作者。該研究揭示了東亞北美間斷分布的被子植物在地理隔離物種分化時，在基因組水平呈現(xiàn)出共同的分子進化模式，揭示了物種分化中自然選擇所驅(qū)動的基因組差異分化具有重復(fù)模式，發(fā)現(xiàn)物種的分化過程可能是由相對較小的基因子集變化引起的。
在基因組水平識別物種差異形成的機制是物種基因組學(xué)的重要研究內(nèi)容，但對于是否存在一般的基因組物種演化分子模式，仍然是個未解之謎。地理隔離分化成種是物種形成重要機制，也是生物多樣性形成的重要驅(qū)動力。然而，在重大地理隔離完全中斷基因流之后，基因如何隨時間在全基因組上積累分化，仍然是一個懸而未決的問題。
自Linnaeus時代，人們就認(rèn)識到東亞和北美洲東部的森林物種關(guān)系密切，這是北半球的主要植物地理格局。兩個區(qū)系有65個間斷分布的共有屬，其姐妹物種分化時間變化極大，從中新世到更新世乃至最近（從15 mya到<2.0 mya）。這些屬代表了非同源物種分化的不同階段，是研究與地理物種形成相關(guān)的基因組分異的理想選擇。在本文中，我們研究了20個地理隔離分化的種對（或變種種對），其中包括16對最經(jīng)典的東亞-北美洲植物區(qū)系間斷分布姐妹種對。根據(jù)它們?nèi)~片轉(zhuǎn)錄組中推定的直系同源單拷貝核基因（POG）的全基因差異的分化模式，我們發(fā)現(xiàn)> 90％的POG都是強純化選擇基因，而只有<10％的基因處于弱正選擇狀態(tài)，只有極少數(shù)量的基因處于強正選擇之下。其中有14個強選擇基因由多數(shù)種對（10-15）共享，只有一個強選擇基因在所有種對中都共享。這15個強選擇基因都是對各種刺激作出反應(yīng)的生物過程相關(guān)功能基因。盡管這些物種分化時間相差很大（最大差距約1000萬年），但在不同選擇力下POG的相對豐度在各種對之間總是表現(xiàn)出重復(fù)的模式。這些研究使我們有可能夠重構(gòu)隨著隔離成種和時間推移基因組差異積累和發(fā)展的過程，在基因組層面揭示地理隔離導(dǎo)致物種分化的分子機制。
原文鏈接： https://elifesciences.org/articles/45199
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