基因组研究揭示了达尔文雀30年的进化

由德克萨斯A&M大学教授Leif Andersson博士领导的国际研究小组发布的一项关于自然种群当代进化变化的里程碑式研究表明，达尔文雀高度可遗传的喙大小的45%变异只能归因于六个基因组位点（染色体上的固定位置）。其中有一个由四个基因组成的超级基因，由于两年的干旱，它处于强大的自然选择之下。

这项研究于9月29日发表在《科学》杂志上，研究了有史以来为野生动物产生的最大的基因组数据集之一 – 包括近4,000只达尔文雀 – 以揭示这个标志性群体适应的遗传基础。

这项国际努力的结果描绘了物种如何适应不断变化的环境的动态图景。随着全球环境的不断变化，加拉帕戈斯群岛的雀类为了解鸟类、它们的遗传结构和环境如何相互作用以塑造野生种群的未来提供了一个宝贵的窗口。

“我们发现的一件了不起的事情是，只有少数遗传位点解释了雀喙的大量变异，”该研究的资深作者Andersson说，他在瑞典乌普萨拉大学和德克萨斯A&M兽医与生物医学科学学院担任双教授。“似乎这些基因变化进化的方式之一是将多个基因捆绑成超级基因，然后随着环境的变化而受到自然选择的影响。

安德森说，这些结果可能会让人类遗传学家感到惊讶，因为大多数与身高和疾病易感性等多因素特征相关的基因变异只能解释可遗传变异的一小部分。

自从查尔斯·达尔文（Charles Darwin）写了关于加拉帕戈斯群岛雀类的文章以来，生物学家就一直在研究这些小型鸣禽，以了解进化的机制。

“达尔文雀作为进化模型的优势在于它们能够展示物种形成的早期阶段，”该研究的主要作者，加州大学圣克鲁斯分校博士后学者，乌普萨拉大学前博士后研究员Erik Enbody说。“在加拉帕戈斯群岛，一个祖先物种在过去的一百万年里进化成18个不同的物种。使雀类成为如此神奇系统的一件事是，我们可以通过测量雀喙并跟踪个体的一生来实时观察进化。

 

研究小组的发现部分归功于普林斯顿大学的彼得和罗斯玛丽格兰特，他们从1970年代开始追踪加拉帕戈斯火山岛达芙妮少校的几乎每只雀。格兰特的工作表明，达芙妮·梅杰的雀类是响应环境变化和物种间相互作用而进化的。

“这项研究强调了长期研究对了解进化变化机制的价值，”彼得说。

“通过在整个研究中收集样本，当技术可用时，我们可以将它们用于基因组研究，”罗斯玛丽补充道。

国际团队的发现始于对格兰特在达芙妮身上研究的几乎每只雀的基因组进行测序。通过研究岛上四种雀类的整个社区，研究人员揭示了适应性变化的遗传结构。

例如，随着岛上条件的变化以及与中型地雀的杂交增加，普通仙人掌雀经历了逐渐向钝喙的变化。

在研究的三十年中，中型地雀的喙也变小了。利用Daphne上所有雀类的基因组，研究人员表明，这部分是由于基因变异通过杂交从小地雀转移，以及因为2003年底至2005年初的干旱时期，喙较小的个体存活得更好，Rosemary Grant解释说。

根据Andersson的说法，这次干旱导致与喙大小相关的基因变异频率发生了巨大变化，表明本研究中描述的基因变异对这些鸟类的适应性有重大影响。

“我认为这是一个非常令人兴奋的机会，可以将我们对过去进化变化的理解与当前时间的观察联系起来，”Enbody说。“基因组数据是一个强大的工具，可以让我们在野外观察鸟类，并了解塑造它们进化的因素。