The Innovation Life | 杂交物种形成在哺乳动物演化中的作用

导 读

对物种形成过程的揭示一直都是生物学领域最具吸引力和挑战性的科学命题之一，也是理解自然界生物多样性的关键。杂交物种的形成已被认为是植物、昆虫、鱼类和鸟类中新物种和新表型快速形成的重要机制，但该机制是否也适用于哺乳动物类群的物种和表型多样性演化，一直存在较大争议。

图1 “世界独生子”黔金丝猴的杂交起源演化历史。川金丝猴祖先群与滇金丝猴祖先群、缅甸金丝猴祖先群的古老种间杂交事件，不仅直接形成了黔金丝猴，同时也促使黔金丝猴产生出了黑色与黄色毛发混杂的独特形态特征

近日，云南大学于黎研究员课题组和四川大学刘建全教授课题组在Science期刊报道了黔金丝猴（Rhinopithecus brelichi）的杂交起源历史（Wu et al., Science, 2023）（图1）。金丝猴属（Rhinopithecus）隶属于灵长目，疣猴亚科（Colobinae），它在两百万年内就分化成形态各异的5个近缘物种（滇金丝猴、川金丝猴、缅甸金丝猴/怒江金丝猴、黔金丝猴和越南金丝猴）。毛色差异是金丝猴属最为明显的形态差异。其中，进化关系最近的滇金丝猴、怒江金丝猴及越南金丝猴以通体黑色或黑白镶嵌毛色为其体色特征；川金丝猴通体呈现黄色或棕红色的毛发；而仅分布于我国梵净山地区并与川金丝猴有着更近进化关系的黔金丝猴，则表现出黑灰色毛发与黄色毛发混杂的独特毛发性状。以往的研究表明金丝猴属演化过程中可能存在着种间杂交。因此，杂交物种的形成可能对金丝猴属的物种和表型多样性起到了重要的塑造作用。

为此，研究人员对5个金丝猴物种的群体基因组数据进行了分析。研究发现黔金丝猴基因组中有着大量的遗传组分混合，其中约70%来自川金丝猴祖先群，另外30%来自于滇/怒江金丝猴祖先群，提示上述两个亲本的杂交可能促成了黔金丝猴的基因组杂交起源和物种形成（发生于约187万年前）。除此之外，研究还发现两个亲本的遗传组分在黔金丝猴基因组中并不是随机、均匀分布，而是受到重组率的约束和限制。其中，对黔金丝猴遗传贡献较小的滇/怒江金丝猴亲本的遗传组分偏好分布于重组率高的区域，这提示为了尽快恢复生存和繁衍力，黔金丝猴对亲本间遗传不兼容的组分进行了分选和重组。

黔金丝猴起源自川金丝猴与滇/怒江金丝猴的种间杂交，而该物种又表现出黑黄混合的毛色特征，这两者之间内在的关联性如何？研究人员基于对黔金丝猴与其亲本的基因组继续进行解析，发现黔金丝猴从两个亲本继承了与细胞色素化过程相关的正选择基因，如：PAH与APC来自滇/怒江金丝猴祖先群，而SLC45A2、MYO7A与ELOVL4则来自川金丝猴祖先群。功能实验结果表明：来自滇/怒江金丝猴祖先群的PAH有着更高的转录活性，能促进黔金丝猴黑灰色毛发的产生；而来自川金丝猴的SLC45A2则有着更低的转录活性，有助于黔金丝猴黄色毛发的形成。这些基因间不同亲本基因型的重组和功能互作可能促成黔金丝猴最终呈现出独特的黑灰色-黄色镶嵌毛发。之前的研究认为在哺乳动物中是很少发生或者不可能发生杂交物种形成事件。这一研究工作首次报道了灵长类物种间杂交促成新物种产生的案例，这很可能是哺乳动物快速辐射类群演化的重要机制。我们可能忽略或远远低估了杂交物种形成在哺乳动物中的普遍性和作用。

总结与展望

Wu等人发现并报道的黔金丝猴杂交物种形成演化事件，为我们进一步理解哺乳动物的多样性演化过程和分子机制打开了一扇大门。在此基础上，关于哺乳动物杂交物种形成过程中的一些重要科学问题，例如：杂交物种形成作用机制在多大程度上塑造了哺乳动物的多样性演化？哺乳动物中杂交物种形成产生的关键因素是什么？以及杂交物种与亲本种间生殖隔离产生的具体分子机制是什么，如何进行验证？这些都将是今后研究亟待解决的热点问题。

责任编辑

魏勇军   郑州大学

赵柏林   西安交通大学

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原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-life.2023.100018

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Life第1卷第2期以News & Buzz发表的“The role of hybrid speciation in mammalian evolution” (投稿: 2023-06-11；接收: 2023-06-17；在线刊出: 2023-07-28)。

DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-life.2023.100018

引用格式：Wu H., Zhang Y., and Yu L. (2023). The role of hybrid speciation in mammalian evolution. The Innovation Life 1(2), 100018.

作者简介

于 黎，博士，博士生导师、二级研究员、云南大学东陆特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者。现任省部共建云南生物资源保护与利用国家重点实验室副主任。兼任中国科学技术协会全国委员会委员、中国动物学会生物进化理论专业委员会副主任委员、中国动物学会理事、中国动物学会灵长类分会常务理事、中国动物学会兽类分会理事。长期从事哺乳动物系统演化和适应性进化机制研究。在Science、Nature Genetics (封面文章)、PNAS等学术期刊发表论文80余篇。入选国家万人计划、国家百千万人才工程、享受国务院特殊津贴专家。获全国创新争先奖、中国青年女科学家奖、中国青年五四奖章、全国三八红旗手、霍英东教育基金会青年教师奖、全国优秀教师、中国动物学会青年科技奖、中国动物学会长隆奖和国家有突出贡献中青年专家等荣誉称号。

刘建全，2007年先后入选国家自然科学基金委“国家杰出青年基金获得者”和教育部“长江学者”特聘教授。获国家自然科学二等奖、中国高校10大科技进展、教育部自然科学一等奖、中国青年科技奖等10余项奖励。长期从事进化生物学和生物地理学研究。重点采用功能分子生物学、群体遗传学、基因组学、生物信息学等多种方法和手段研究生物适应过程和进化机制，同时开展人工利用和保存遗传资源的应用研究；也进行植物分类学、生态功能监测和实验等奠基性研究工作。以通讯作者Science，Nature Genetics, Molecular Biology and Evolution, PNAS, Nature Communication, Molecular Ecology, New Phytologist, Evolution等学术杂志上发表了一批高水平研究论文，被PNAS、Science、Nature Genetics等杂志他引三千多次；H-index = 36；保存、引种和筛选了一批优良的植物种质资源，获批植物新品种2个。

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