西洋(Anolis cybotes),女,多米尼加共和国巴拉奥纳(Barahona)

西洋(Anolis cybotes),女,多米尼加共和国巴拉奥纳(Barahona)

凯瑟琳娜·沃伦伯格·瓦莱罗& Ariel Rodríguez

热适应性是在新的热环境中保持能力的发展。允许这种适应的表型特征,以及由此产生的变化 地域 在不断变化的全球气候中,物种分布是一个新兴的研究领域。然而,这种表型适应的基因组基础尚不为人所理解,因此进化生物学家的最新努力现在针对一个新出现的问题:哪些基因决定了热适应,并且在不同种群和物种中这些基因相同吗?幸运的是,Anolis 再次处于该领域新发现的最前沿(请参阅 Campbell-Staton等人,2017年)。

许多研究已经独立鉴定了对热环境变化有响应的基因,无论是通过在急性胁迫下的表达变化还是通过DNA序列的变化作为进化反应。 2014年,我们从 果蝇智人 from the literature.

从已发表的证据中,我们提取了可能是气候适应基础的一组基因功能。我们能够将这些与表型热适应(Wollenberg Valero等,2014)。有趣的是,发现这些基因的产物(蛋白质,RNA)在功能上相互关联,从而在细胞环境中形成了基因网络。

加勒比 圆柏 广泛分布在整个西班牙裔美国人中,并且在高温,干燥的环境以及凉爽和潮湿的山地环境中蓬勃发展。拉各·恩里基洛(Lago Enriquillo)的裂谷加热至40.5°C(104.9°F),据报道在最高峰出现了几例霜冻(Pico Duarte海拔3,098m)–因此,在这些气候极端条件下的人口生存似乎没有努力。

该物种的种群在山地和低地形态,形态,生理,行为和鲈鱼使用方面表现出明显差异(Wollenberg等,2013Muñoz等,2014),这使我们期望这种变异中至少有一些具有遗传基础。因此,我们开始测试 圆柏 展示基因组适应其所居住的各种环境的任何特征,以及是否有任何显示选择证据的基因是否也可以包含在我们先前定义的候选功能下。

我们从几个高低点取样了这些蜥蜴的组织(标本与 Wollenberg等,2013),并通过RAD测序和随后的LFMM分析根据气候差异寻找变化。 RAD测序减少了目标基因组的表达,产生了数千个短序列,这些短序列代表了限制酶切割位点在整个基因组中的分布。由于这种特性,不能期望这类数据必然包含“适应基因的总集合”;为此,需要进行详细的基因组测序,并且已经在某些模型生物(棘背鱼,山毛榉小鼠, 果蝇等)。 但是,通过我们的研究设计,我们可以在序列片段中等位基因频率的气候相关变化中追踪选择的特征。我们确定了总共84个SNP,它们具有选择的统计特征,并且在这些染色体的不同染色体上有14个这些匹配的蛋白质编码基因。 Carolinensis 基因组(可获得的最佳参考)。毫不奇怪,我们的数据集和分析并未“击中”任何主要的已知候选基因进行热适应,但我们又发现了一个发现。我们确实鉴定出的大多数基因已经适应了中国的不同气候环境 圆柏 人群执行我们在2014年预测的一组先前预测的基因功能(Rodríguez等人,2017年)。

而且,新鉴定的基因彼此之间以及与许多先前预测的基因也具有紧密的功能联系,形成了紧密的功能网络。对组织表达数据库的一些尝试进一步揭示了这些基因中的许多基因也在大脑和早期发育中表达。

该图显示了我们在2014年预测的并已在Anolis cybotes中验证的热适应候选基因功能

该图显示了我们在2014年预测的热适应性候选基因功能,现在已在 圆柏

由于我们无法扫描的整个基因组 圆柏 (到目前为止未知),我们可能已经错过了故事的一部分。然而,令人鼓舞的是,至少有一种基因适应了绿色大圆角的不同气候环境, A. carolinensis,还具有我们预测的功能之一(血管舒张,收缩和调节血压, Campbell-Staton等人,2016年)。

表型对气候的适应可以以几种不同的方式发生,但我们只是在摸索这种现象的遗传基础。对于爬行动物而言,它们的温度调节行为,炎热气候中的水分平衡,耐冻性和抗氧化策略似乎是最重要的生态生理挑战(楼层和楼层,2017年),我们认为很可能是许多基因的变化导致了这些适应性反应。我们的研究提供的证据表明,在基因组水平上的气候适应仅限于特定的生物功能和生化途径,这可能是所观察到的分子和表型差异的基础。关于同一基因集是否构成跨种群和物种的气候适应的问题的确切答案尚未找到;但是对基因之间功能连接的研究对于这项工作可能非常有用。

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