表观遗传学被认为是入侵物种成功的关键

环境修饰的基因可能是入侵物种成功的因素

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人们认为,遗传多样性和漫长的时间是进化适应的两个关键要素,在此期间有利的突变得以积累。那么,通常缺乏遗传多样性的入侵物种是如何如此迅速地获得成功的呢?一些生态学家开始认为,环境或“表观遗传”因素可能正在修饰基因,同时保持基因组完整。

“入侵物种有很多不同的方法可以在新的环境中表现良好,我认为表观遗传学是其中一种方法,”坦帕南佛罗里达大学的进化生态学家克里斯蒂娜·理查兹说。

尽管生物医学研究人员已经研究表观遗传学与人类健康之间的联系有一段时间了,但进化生物学家才刚刚开始接受这个课题。理查兹帮助组织了本月在旧金山举行的综合与比较生物学学会 (SICB) 会议上关于生态表观遗传学的特别研讨会,她说该领域有可能彻底改变进化生物学的研究。


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新兴的生态表观遗传学领域面临着许多挑战。大多数野生动植物的基因组尚未测序,因此生态学家无法确定哪些基因已被修饰。而且,由于他们倾向于在不受控制的实验室条件外工作,研究人员很难将这些基因修饰与行为变化联系起来。

入侵潜力
即便如此,也有迹象表明表观遗传多样性可能正在帮助入侵物种茁壮成长。例如,南佛罗里达大学五年级博士候选人安德烈娅·利布尔正在肯尼亚研究家麻雀(Passer domesticus),这些麻雀是单一群体的后代,遗传多样性非常低。但是,当利布尔梳理这些鸟类的基因组,寻找附着了甲基的部分(一种关键的表观遗传标记)时,她发现不同种群之间的变异性很高。同样,在入侵植物日本虎杖(Fallopia japonica)中,理查兹发现,基因相同的植物(虎杖以无性繁殖方式繁殖)根据其居住地点的不同,叶片形状不同,生长高度也不同。与麻雀一样,虎杖也表现出高度的表观遗传多样性。北卡罗来纳州立大学罗利分校的分子生物学家克里斯蒂娜·莱顿-雷蒂格也帮助组织了这次研讨会,她说,绘制表观遗传修饰的水平可能揭示“一个种群是会衰落还是会生存”。

一些批评家不愿接受表观遗传学与入侵物种之间的联系。伊利诺伊州芝加哥大学的进化遗传学家杰里·科因说,它们的成功可以用完善的进化理论来解释。有时一个物种会进入一个未被占用的生态位,有时少量的遗传多样性也能发挥很大的作用。“它不需要有很多变异才能进化,”他说。“我们有完全充分的其他理由,这些理由是基于更可靠的前提,来解释为什么入侵物种会成功。”

但随着基因测序成本的下降,研讨会组织者预测,对生态表观遗传学的研究有望蓬勃发展。阿姆斯特朗大西洋州立大学萨凡纳分校的种群遗传学家亚伦·施雷说,可能会有几项有力的研究成果出现,表明“如果环境发生变化,基因表达会如何变化”。

本文经《自然》杂志许可转载。该文章于 2013 年 1 月 9 日首次发表

Sujata Gupta is a freelance science writer based in Burlington, Vermont.

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