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水生所揭开原生动物“形态种”演化的奥秘
2019-06-20 08:20:20 来源: 湖北日报

  图为:蝴蝶形态种。(中科院水生所供图)

  外观几乎完全相似的10只蝴蝶,经过遗传分析,它们居然是10个不同种类,相互之间可能无法“通婚”交配。这些形态难以区分但遗传上存在显著分化的物种被称为“形态种”。近年,随着基因技术发展,非洲象、娃娃鱼、花臭蛙等越来越多的形态种被发现。这一神奇的现象是如何产生的?6月19日,记者从中国科学院水生生物研究所获悉,该所缪炜研究员团队揭开了原生动物形态种演化的奥秘,找到了这些生物“表里不一”的答案。

  东湖湖水中,有一种被称为四膜虫的生物,它体长约50微米,有着一副微胖界的梨形身材。世界上的生物有成千上万种,但在生物学研究中,科学家们常常选择一些特定的“模式物种”来集中精力研究,希望通过研究这些物种增进我们对生命普遍规律的了解。四膜虫就是一种优秀的模式生物,这一广泛分布于全球淡水水域中的单细胞真核生物虽然微小,但胃口好、能吃,最快2至3小时就能繁殖一代,极其好养。

  缪炜研究员介绍,四膜虫形态种是原生动物纤毛虫中最早发现的形态种,通过对形态高度相似的10种四膜虫的比较基因组分析,发现这些形态种身体内,有一种非常活跃的跳跃基因。利用四膜虫独特的大、小核双核系统来追踪形态种的基因组演化,发现四膜虫以小核染色体近着丝粒和亚端粒区域为基因组的创新中心,跳跃基因跳到的创新中心的位置不同,会导致基因差距,创造出独特的、年轻的大核新基因。10种外观高度相似的四膜虫,基因组差距最高可达38%,而人类与黑猩猩之间的基因组差距却只有1.2%。

  副研究员熊杰介绍,实验表明,这大核新基因的功能可能与四膜虫摄食不同的细菌有关,进而适应不同的微生态环境,而与其形态无关,从而解释了10种四膜虫形态高度相似却具有很高的遗传多样性的原因。该研究不仅揭示了四膜虫形态种的演化机制,而且为其它真核生物类群的形态种演化研究提供了重要启示。对理解生物多样性具有重要意义,也提示这些形态一样、但遗传高度分化的不同物种中,有丰富的遗传资源等待发掘。

  熊杰副研究员为该论文第一作者,缪炜研究员为论文通讯作者,水生所为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金杰出青年基金、面上项目以及中国科学院青年创新促进会人才项目的资助。相关成果在线发表于国际学术期刊《PLOS BIOLOGY》,同时,该研究所产生的重要组学数据资源已整合形成四膜虫比较基因组数据库,并对国内外公布和服务。(记者文俊、通讯员孙慧)

(责任编辑: 张潘)

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