古老基因的重生:你知道古代物种如何影响现代基因库吗?

在遗传学上,基因的传承不仅仅是父母的遗传,还涉及跨物种间复杂的基因流动,其中引入基因的过程称为「内交」(introgression)。这一过程不仅展示了物种间的基因融合,甚至影响了当前的基因库,成为现代物种进化的一部分。不论是植物、动物还是人类,内交均是一种能显著丰富基因变化的重要方式。

内交是一个长期的过程,尽管是人工操作,可能需要多代的杂交,才能显现出明显的回交结果。

内交的定义与重要性

内交,或称为内交杂交,是指一个物种的基因通过多次的回交(backcrossing)传递到另一个物种的基因池中。这一过程的结果,通常是适应性强的特征,有助于提高接受种的生存适应能力。在此过程中,已经灭绝物种的基因可能会在现代物种的基因组中留下痕迹,这种现象被称为「幽灵内交」(ghost introgression)。

变化的来源

内交被认为是自然种群中重要的遗传变异来源,它可促进适应性演化,甚至引发适应性辐射。内交的影响不仅限于杂交区,还可能因偶然、选择或杂交区的变动而出现。无论是在动植物中,还是在人类基因中,内交的存在都能见到其显著影响。例如,内交可能将野生动物的基因导入家养动物中,这为目前家养物种的多样性提供了基因基础。

研究显示,根据纽约大学阿布达比基因组与系统生物中心的基因组学研究,北非的驯化枣椰树品种中,约5-18%的基因组来自于野生的克里特棕榈树。

数个引人注目的例子

人类

有强有力的证据显示,尼安德特人和丹尼索瓦人基因已经进入现代人类的基因库中,这不仅是基因融和的结果,还可能影响了我们的生理特征。

鸟类

鸭子中的斑鸭,极有可能与其他鸭子物种进行杂交,甚至导致某些鸟种的遗传身份消失。在新西兰和澳大利亚,野生的太平洋黑鸭因与斑鸭交配而显著减少。

蝴蝶

在蝴蝶属的赫利科尼乌斯(Heliconius)中,内交导致了色彩模式的模拟。研究者观察到,在H. melpomene amaryllis和H. melpomene timareta之间存在约2%到5%的内交,并不随机出现,而是在具有关键模拟基因位置的染色体上显著增加。

植物

在某些植物物种中观察到内交的情况,例如南路易斯安那州的一种虹蓝花被研究,证明了其混合变异体的适应能力提升。

内交系统与物种融合

一个「内交系统」(introgression line, IL)是指通过重复回交获得的野生亲缘种基因材质的作物物种。例如,苏拉诺番茄的内交系统涵盖了其野生亲缘种的完整基因组,并可以用于研究和创造新的品种,将外来性状引入作物中。

物种融合是一种极端的内交形式,导致两个不同物种或种群的合并,最终在该地区替代或取代父代物种。这一过程可能在物种刚刚分化时就已发生,尤其是在生殖障碍较少的情况下。

内交不仅发生在自然界中,也成为农业育种中的一个重要工具,借此能够介绍新的性状以提高作物的健壮性与适应力。

在我们的基因库中,古代物种的影响显而易见。随着基因研究的深入,我们是否能更好地理解这些古老基因为当前物种所带来的意义呢?

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