研究揭示冰清絹蝶基因組進化與群體演化歷史

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生物進化和地球環境演變之間的關系，特別是生物進化和環境適應的分子生物學機制是地球-生命系統研究領域的核心科學問題。

近日，安徽師范大學生命科學學院教授郝家勝課題組與中國科學院南京地質古生物研究所研究員楊群團隊合作，結合已有的絹蝶屬及相關鳳蝶屬蝶類物種基因組序列數據，完成了冰清絹蝶的比較基因組學及局部環境適應研究，闡述了這種絹蝶在新生代第四紀冰期時“走出青藏高原”的基因組進化與群體演化歷史。12月11日，研究成果以長文的形式在線發表于《自然-通訊》。

冰清絹蝶。吳麗業 攝

冰清絹蝶。吳麗業 攝

新生代以來的青藏高原隆起及一系列造山運動和古氣候變化，對現代生物多樣性形成產生了重要影響，并造就了許多生物多樣性熱點地區。面對青藏高原劇烈環境變化，一部分生物類群“走出青藏高原”，擴散至歐亞其它區域及美洲地區，重塑了全球生態系統，形成了現代的生物多樣性格局。這些“走出青藏高原”的生物類群命運各不相同，大型哺乳動物普遍滅絕或衰退，中小型哺乳動物則易于延續與擴張。然而，在古環境變遷驅動下，這些生物類群“走出青藏高原”的基因組進化的規律和驅動因素則知之甚少。

絹蝶屬是隸屬于鳳蝶科、絹蝶亞科一類典型的高山型蝶類，它是在青藏高原造山運動背景下于中新世時期快速形成并輻射演化至北半球的昆蟲類群之一，是研究地球環境變遷和物種演化的一個十分理想的模式生物類群。其中，冰清絹蝶是起源于青藏高原并擴散至中國中東部江南地區的唯一絹蝶物種。

冰清絹蝶幼蟲時期。郝家勝 攝

那么，冰清絹蝶在“走出青藏高原”過程中，其基因組發生了哪些適應性進化改變，其主要驅動機制是什么？有什么樣的地質環境背景？

郝家勝課題組經過十幾年的持續野外采集，積累了分布在中國十幾個省份主要絹蝶物種的樣本，并基于分子系統學等手段在絹蝶物種分類、系統發育、譜系地理、環境適應及其地質環境背景等方面已開展一系列研究工作。

此次工作中，研究人員通過對冰清絹蝶的Denovo基因組測序，以及9個不同海拔群體的重測序，分析了第四紀冰期古氣候變化下，冰清絹蝶“走出青藏高原”的基因組進化和群體演化模式，并發現轉座子在驅動基因組大小變異、基因家族擴張、群體遺傳分化以及本地局部適應中起著重要作用。

研究人員介紹，這些發現為“走出青藏高原”的高山昆蟲類群的進化和適應研究，特別是物種形成和分化、群體的適應性分子進化等提供了新的視角，同時也為解釋全球環境變化與現代生物多樣性形成提供新的證據。

《自然-通訊》評審專家對該工作給予高度評價：“作者比較了不同絹蝶物種的基因組大小及組成，描述了不同海拔冰清絹蝶群體的種群結構和遺傳分化，并表明了轉座因子在其中的作用。”“作者產生了大量強有力的分析數據庫，并提供了對基因組及種群基因組格局的綜合描述和解析，使其成為其他對基因組進化及局部適應感興趣研究者的一項有趣工作。”