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GEOMAR研究人员扩展体细胞遗传变异在进化适应机制中的作用

编译者:liguiju发布时间:2021-10-15点击量:528 来源栏目:科研动态

德国亥姆霍兹基尔海洋研究所(GEOMAR)进化研究中心的一项新研究表明体细胞遗传变异在进化适应机制中所起的作用比以前认为的更大。

一个物种内遗传信息的变异性是其个体特征表达的核心基础。它决定了表型,例如,外部形状或抗病性如何单独发展。同时,种群内的遗传变异允许物种进化适应。在有性生殖过程中,大多数遗传变异是通过新的遗传信息组合出现的,这一过程称为重组。雌性个体和雄性个体的基因被分离并在产生的后代中重组。这种机制确保了后代中几乎无限组合的可能性。

然而,对于长期无性繁殖的生物体,在没有重组的情况下,物种适应性的这种解释达到了极限。海洋生境中的许多进化古老的生物(如珊瑚或海草等)如果能最佳地适应其环境,就必须以其他方式改变其遗传信息,因为它们通过克隆进行繁殖。它们主要通过所谓的体细胞突变实现遗传变异,即生殖系外身体组织的自发遗传变化。然而,在目前的理论中,体细胞遗传变异仍然常常被视为进化的死胡同,因为某些生物体中的体细胞基因变化无法传递给后代。在更复杂的生物体中(如人类),这种基因变化通常会导致衰老过程或疾病,例如肿瘤的形成。现在研究人员提出了一个扩展的遗传变异概念,该概念与这一观点相矛盾,比以前更加关注体细胞突变。

研究人员表示,为了更准确地理解遗传变异及其对进化的影响,必须考虑体细胞基因组的变化。这也对个体的定义产生了影响:如果同一克隆的后代在基因上有所不同,它们也可以实现生物个体的所有特征。这些因素包括代谢独立性、遗传独特性及其特征的遗传力。

研究团队同时分析了体细胞遗传变异对自然选择过程的影响。它有利于某些有好处的遗传变异和由此产生的有机体特征,这些特征对于有机体的适应性是必要的,并且可以在世代之间占据优势。在当前进化理论的意义上,这确保了最适合其环境的生物体的生存。此外,体细胞基因的变化最终也将进入有性生殖周期,因此也会影响许多非克隆生物的遗传多样性。因此,模块化物种进化途径(如海草和珊瑚)比目前通常假设的更为广泛。

随着这一扩展的概念越来越多地被基因组数据所证实,研究人员提出了进化理论的范式转变,即在多个层面上认识到选择对模块化物种的影响。有性繁殖及其对群体遗传学的影响是合成进化理论的核心。然而,将其视为遗传变异起源的唯一基础,对地球上大部分多细胞生物来说是不公平的。体细胞进化植根于有性生殖,需要更好地融入大量克隆物种的群体遗传学理论,包括植物、真菌和基础动物。未来的实验研究中,研究人员将继续探索体细胞遗传变异对不同生物体适应度的影响,并确定这个选择过程是如何发生的。(张灿影 编译)

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