文献研读|邹天天（2017级博士）：Science | 通过伊贝拉沼泽食籽雀交配前隔离的快速物种形成

20210527

 

摘要

本文由美国科罗拉多大学Sheela P. Turbek、康奈尔大学Leonardo Campagna等研究人员合作发现物种快速形成的机制并发表于国际学术期刊《科学》上。通过两种鸟类研究发现，行为隔离可以促进物种形成，并允许同域共生的物种之间产生其他生殖屏障的缓慢积累。

 

研究背景

生物在物种形成的早期阶段为探究控制类群之间生殖隔离的过程提供了一个很好的机会。生态和行为作用机制可以为分化早期的同域物种提供一个强有力的交配障碍。追踪分歧早期野生种群的交配决策可以提高我们对行为隔离如何促进分化的理解。

分布在南美洲南部的食籽雀是进化辐射最快的鸟类类群之一，却有着显著低的生态差异和基因组差异。本文采用了一个很具备研究优势的本地区新发现的物种（S. iberaensis），来研究物种形成早期交配前隔离事件的起源和重要性。通过结合基因组学和行为学来探究四个科学问题：1）选择性交配行为在维持物种界限中的作用；2）作为物种识别基础的表型特征；3）这些特征的基因组学中的分子基础；4）基因组中变异的起源。

 

研究结果

本文研究对象为同域分布的两个食籽雀物种（S. iberaensis和S. hypoxantha）（图1A,B,E）。通过基因组分析发现除了3个狭窄区域外，种间基因组差异极低（图1F）。这3个高分化区域里面包含了12个基因，其中3个（TYRP1, OCA2, HERC2）和羽毛颜色相关（图1G-I）。

图1

这两个物种雄性的鸣叫声和毛色有着明显的不同，但是雌性的毛色很难区分（图2A-D）。

图2

因此，本文采用基因组数据来量化选择性交配。每只雌性的物种特异性基因型总是与配偶的基因型相匹配（图3A-C），尽管这两种物种拥有邻近的繁殖领地，同步繁殖，并在同一种草地上觅食，但仍表现出强烈的交配选择性。

图 3

本文通过野外实验测试了不同的毛色和鸣叫声在物种识别和交配前隔离中的重要性。研究中，研究人员采用同种和异种的鸣声和羽毛相结合的方法，观察了同域雄性的攻击行为反应。每个物种对同种的鸣叫声和羽毛毛色的反应都是最具攻击性的，证实了这两种特征都是用来识别性竞争对手的（图4）。

图4

最后，通过大量近缘物种基因组差异分析，探究S. iberaensis羽毛表型的起源。尽管在分化程度较高的区域有多个物种与S. iberaensis共享变异，但这些变异在不同区域的特定组合能将S. iberaensis与其他食籽雀区分开来（图5）。

图5

 

讨论

本研究结果表明，基于选型择偶（毛色和鸣叫声）的交配前隔离方式是促进这些同域共生食籽雀物种分化的主要机制。虽然S. iberaensis最终命运仍不确定，但研究结果说明了谱系是如何形成的，并迅速与同域共生的近缘物种产生生殖隔离。结果进一步表明，现有遗传变异的重组可以产生新的表型，并被作为性选择的目标。基于这些性状的选型交配可能在物种形成初期用来维持物种界限，而随后的繁殖障碍也会不断得积累。

 

总结

1、本文有着较好的科学问题，将研究目标锁定为物种交配前的隔离现象

2、选择了极为良好的研究对象：同域分布的近缘物种，同时拥有着显著表型差异

3、研究方案缜密，针对具体的研究对象同时对形态学和基因组学进行了大量的详细的调查和分析

4、采用形态学数据和比较基因组学结合的方法共同探究，对整个科学问题进行了全方位的研究和证实，并最终很好的解决了科学问题

 

原文链接:

https://doi.org/10.1126/science.abc0256