研究揭示冰清绢蝶基因组进化与群体演化历史

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生物进化和地球环境演变之间的关系，特别是生物进化和环境适应的分子生物学机制是地球-生命系统研究领域的核心科学问题。

近日，安徽师范大学生命科学学院教授郝家胜课题组与中国科学院南京地质古生物研究所研究员杨群团队合作，结合已有的绢蝶属及相关凤蝶属蝶类物种基因组序列数据，完成了冰清绢蝶的比较基因组学及局部环境适应研究，阐述了这种绢蝶在新生代第四纪冰期时“走出青藏高原”的基因组进化与群体演化历史。12月11日，研究成果以长文的形式在线发表于《自然-通讯》。

冰清绢蝶。吴丽业 摄

冰清绢蝶。吴丽业 摄

新生代以来的青藏高原隆起及一系列造山运动和古气候变化，对现代生物多样性形成产生了重要影响，并造就了许多生物多样性热点地区。面对青藏高原剧烈环境变化，一部分生物类群“走出青藏高原”，扩散至欧亚其它区域及美洲地区，重塑了全球生态系统，形成了现代的生物多样性格局。这些“走出青藏高原”的生物类群命运各不相同，大型哺乳动物普遍灭绝或衰退，中小型哺乳动物则易于延续与扩张。然而，在古环境变迁驱动下，这些生物类群“走出青藏高原”的基因组进化的规律和驱动因素则知之甚少。

绢蝶属是隶属于凤蝶科、绢蝶亚科一类典型的高山型蝶类，它是在青藏高原造山运动背景下于中新世时期快速形成并辐射演化至北半球的昆虫类群之一，是研究地球环境变迁和物种演化的一个十分理想的模式生物类群。其中，冰清绢蝶是起源于青藏高原并扩散至中国中东部江南地区的唯一绢蝶物种。

冰清绢蝶幼虫时期。郝家胜 摄

那么，冰清绢蝶在“走出青藏高原”过程中，其基因组发生了哪些适应性进化改变，其主要驱动机制是什么？有什么样的地质环境背景？

郝家胜课题组经过十几年的持续野外采集，积累了分布在中国十几个省份主要绢蝶物种的样本，并基于分子系统学等手段在绢蝶物种分类、系统发育、谱系地理、环境适应及其地质环境背景等方面已开展一系列研究工作。

此次工作中，研究人员通过对冰清绢蝶的Denovo基因组测序，以及9个不同海拔群体的重测序，分析了第四纪冰期古气候变化下，冰清绢蝶“走出青藏高原”的基因组进化和群体演化模式，并发现转座子在驱动基因组大小变异、基因家族扩张、群体遗传分化以及本地局部适应中起着重要作用。

研究人员介绍，这些发现为“走出青藏高原”的高山昆虫类群的进化和适应研究，特别是物种形成和分化、群体的适应性分子进化等提供了新的视角，同时也为解释全球环境变化与现代生物多样性形成提供新的证据。

《自然-通讯》评审专家对该工作给予高度评价：“作者比较了不同绢蝶物种的基因组大小及组成，描述了不同海拔冰清绢蝶群体的种群结构和遗传分化，并表明了转座因子在其中的作用。”“作者产生了大量强有力的分析数据库，并提供了对基因组及种群基因组格局的综合描述和解析，使其成为其他对基因组进化及局部适应感兴趣研究者的一项有趣工作。”