生命科学学院教师张骁博士解析适应性进化过程中基因组内的补偿性共适应机制成果在Nature Communications上发表

近日，生命科学学院青年教师张骁博士和英国圣安德鲁斯大学生物学院Nathan W. Bailey教授等开展合作研究，在Nature Communications在线发表题为“Temporal genomics in Hawaiian crickets reveals compensatory intragenomic coadaptation during adaptive evolution”论文，解析了适应性进化过程中基因组内的补偿性共适应机制，检验了一个持续百年的进化生物学理论争议。

进化生物学理论预测：在适应性进化过程中，补偿性遗传改变会减少受选择的变异所造成的负面间接影响。然而，却很少有实证研究能够在野生的生物系统中检验这一预测。该研究通过构建高质量的染色体水平的蟋蟀Teleogryllus oceanicus基因组，综合利用时间基因组学、转录组学等多领域方法，在野生的夏威夷蟋蟀种群中检验了这一理论预测。雄性蟋蟀一般通过摩擦翅膀鸣叫来吸引雌性，但在近二十年，平翅（flatwing）——一种改变雄性翅膀结构的变异在夏威夷的蟋蟀中出现并快速扩散。具有平翅的雄性蟋蟀不能鸣叫，但也避免了遭受来自依靠叫声定位的寄生蝇Ormia ochracea的致命攻击。该研究的样本采集跨越了一个“社会转型”时期：在这个转型期内，平翅个体的数量达到了100%，整个种群也因此沉默。该研究发现：在与“平翅”这一表型显著相关的基因位点周围，长期保持着大范围的连锁不平衡，而“搭便车”的基因则具有与平翅造成的负面效应有关的生物学功能。

图1 | 描述夏威夷“不会叫”的蟋蟀补偿性基因组协同适应的概念图（上图）及描述夏威夷蟋蟀群体主要社会环境转变的时间线（上图）

通过上面这些分析，该研究明确了哪些变异是由“寄生蝇”攻击所引发的适应性进化所直接带来的。在此基础上，该研究进一步检验：伴随着这一适应性进化现象发生的“社会遗传环境”改变是否引发了新的适应性进化（图1），“社会环境”的变化是否引发了补偿性“基因组内共同适应”？他们的研究发现：随时间变化的受选择信号遍布于整个基因组，而且在功能上与蟋蟀种群向“无声”的过渡密切相关，特别突出了该群体对无声环境的行为反应。该研究表明：伴随着性状进化的社会遗传环境变化，会产生新的选择，从而引发进一步的补偿性适应。

天津师范大学生命科学学院、天津市动物多样性保护与利用重点实验室青年教师张骁博士为本文的第一作者。张骁和英国圣安德鲁斯大学（University of St Andrews）生物学院Nathan W. Bailey教授为本文的共同通讯作者。该项研究由英国国家科研与创新署——自然环境研究理事会（UKRI - NERC）资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49344-4