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莺的着色通过不同的路径演变而形成

宾州州立大学研究人员领导的一项新研究表明,对于莺的羽毛的不同颜色和样式而言,重要的两个基因是通过两个截然不同的过程进化出来的。这些进化过程可以帮助解释这些鸣禽迅速演变为如此众多的独特物种。

宾夕法尼亚州立大学的博士后研究员,论文的第一作者马塞拉·贝兹(Marcella Baiz)表示:“木莺是一群令人难以置信的丰富多彩的鸟类,总共有一百多种。” “这些物种在生物学家称之为物种辐射的进化时间内迅速崛起。为了更好地理解这种辐射,我们研究了与莺特别鲜艳的子集内与羽毛着色有关的遗传区域。”

该研究小组对木莺的Setophaga属中所有34个物种的基因组进行了测序,并创建了一个系统进化树,阐明了每种物种之间的相互关系。然后,他们集中研究了九对密切相关的“姐妹物种”。每对是一个物种分成两个物种的结果。观察每一对中是否存在相似的进化过程,研究人员可以更好地了解整体辐射。

描述其结果的论文今天(11月30日)发表在《当代生物学》杂志上。

宾夕法尼亚州立大学生物学助理教授,研究团队负责人戴维•托斯(David Toews)表示:“在大多数情况下,很难获得多样化过程的基础基因,因为很难将特定基因与特定特征(例如颜色)联系起来。” 。“但是许多莺类很容易杂交,产生具有父本性状的杂种后代,因此我们以前能够将某些颜色模式与其潜在的遗传区域联系起来。在这项研究中,我们专注于两个着色基因,但是能够研究这个大属中所有物种的它们,从而为我们提供了辐射其余部分的窗口。”

第一个基因,刺痛信号蛋白(ASIP),参与产生黑色素的色素,黑色素是这些鸣鸟中棕色和黑色羽毛的基础。在每对姊妹物种的羽毛中黑色或棕色的数量或位置存在差异的情况下,研究小组可以预料到在ASIP附近发现了遗传差异。

“我们只根据ASIP基因区域创建了进化树,这更加清楚地显示了该基因在整个属中的变化,” Baiz说。“根据我们在整个基因组中所看到的,该基因树中的模式反映了系统发育树中的模式。这意味着我们在ASIP中看到的差异是由不同物种中独立发生的突变引起的。 BCO2基因显示出非常不同的模式,与整个基因组树不匹配,这表明正在发挥不同的作用。”

第二个基因,β-胡萝卜素含氧量2(BCO2),与产生类胡萝卜素色素有关,产生了亮黄色,红色和橙色的羽毛。研究人员认为,一个叫做渗入的过程-分别进化的物种之间的基因交换-可以解释为什么BCO2的遗传变化模式与该群体的整体辐射不一致。

贝兹说:“当两个不同的物种杂交时,可能发生渗入,而杂交后代继续与其中一个原始物种交配。” “经过几代人的努力,一种物种的遗传物质可以被整合到另一种物种中。这种古老的基因渗入的信号可以保留在活着的个体的基因组中,例如祖先测试可以揭示您有多少尼安德特人的基因。在这种情况下例如,我们出乎意料地发现了该属中两个原本遥远相关的鸣鸟在BCO2上进行了古老的基因渗入的证据。”

研究人员发现了与黄莺和木兰莺以及大草原莺和卵黄莺有关的渗入证据,所有这些种类的羽毛均带有五颜六色的类胡萝卜素。但是,他们指出,利用当前数据很难说出基因转移的方向。

Toews说:“一种可能是木兰莺的BCO2渗入了黄色的莺中,而这种“新的”形式使BCO2在黄色的莺的羽毛中产生了更广泛的类胡萝卜素沉积。“有趣的是,古老的渗入才使黄莺变得如此黄!”

这是类胡萝卜素基因在脊椎动物之间转移的第一个例子。总体而言,这项研究的结果表明,基因渗入和更标准的进化模式(发生突变并从亲代传给后代)在产生该属的颜色多样性方面发挥了作用,并且可能有助于实现极端莺的多样化。

将来,研究人员希望将这些基因中的特定突变与羽毛颜色的变化联系起来,并绘制出涉及色素生成的分子途径。他们还希望将研究范围扩展到所有110种莺。

Toews说:“有可能完全是另一个属的渗入。” “扩展到其他鸣鸟将使我们能够探索这种可能性,并更广泛地了解这些迷人的鸟类的辐射。”

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