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【前沿】洪晓月教授团队揭示昆虫线粒体DNA适应性演化机制

2019-06-13来源:植物保护学院作者:孙荆涛

6月11日,分子生态学领域的国际著名学术刊物《Molecular Ecology》(5年影响因子6.885)在线发表了植物保护学院昆虫分子生态与进化实验室的最新研究成果《Mitochondrial variation in small brown planthoppers linked to multiple traits and likely reflecting a complex evolutionarytrajectory》(https://doi.org/10.1111/mec.15148)。

尽管达尔文的适应性进化是生物演化的黄金法则,但分子(DNA)层面的演化却是中性的,即绝大部分DNA的变异对生物体是没有影响或轻微有害的。在自然界中,一个有利于生物体的变异产生后,要历经磨难(Geneticdrift)才能在自然界中保留下来,概率犹如彩票中奖。这些变异正是达尔文进化论的分子基础,更是科学家着迷和苦苦追寻的目标。近日,南京农业大学科学家研究发现,灰飞虱体内的线粒体在进化过程中,其DNA的变异可能导致其自身遗传力的提高,并随之带来了生物体适合度方面的优势。这种神奇的变异引起了科学家的关注和兴趣。

该项研究发现,灰飞虱自然种群中存在两类线粒体DNA(HGI,HGII),且HGII由HGI演化而来,在演化过程中ND2、ND5、CYTB基因的变异受到了低温环境的选择。具有HGII型线粒体的灰飞虱较具有HGI型的灰飞虱在线粒体DNA拷贝数、耐寒能力和产卵量上具有显著的优势,可能是其演化的动力。研究提出灰飞虱线粒体的DNA的适应性演化模型:灰飞虱线粒体DNA的变异导致了其DNA复制能力的提高,使其能够抵御遗传漂变作用而被保留下来;同时这些变异带来了生殖和耐寒力方面的优势,使其能够在种群中得到扩散。种群遗传分析还推测灰飞虱线粒体DNA由HGI型向HGII的演化可能导致了灰飞虱迁飞能力的降低,由迁飞型逐渐转变为居留型。

该项工作揭示了一种新的昆虫线粒体演化模式,为研究线粒体的演化机制提供了新途径,对研究物种表型变异有重要参考价值。该论文以南京农业大学为第一完成单位,第一作者为我校植物保护学院孙荆涛副教授和博士生段星至,通讯作者为洪晓月教授。澳大利亚墨尔本大学Ary Hoffmann教授、美国华盛顿州立大学MichaelGarvin博士、南京农业大学昆虫学系胡高、黄海剑、薛晓峰和沈阳农业大学植保学院周金城等老师参与论文部分工作。项目得到国家自然科学基金、中央高校基本业务费等资助。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/mec.15148


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