中大学者Genome Research揭示新基因死亡与其持续演化的适应性机制

该研究关注的是基因组中新遗传材料的演化动态和生灭过程,在黑腹果蝇中选取了从新起源的非编码RNA基因(de novo miRNA)进行敲除并探讨其表型效应。

中山大学生科院有害生物控制与资源利用国家重点实验室吴仲义教授课题组在生物学国际权威期刊《基因组研究》(Genome Research)(5年影响因子13.8)发表了题为“Death of new microRNA genes in Drosophila via gradual loss of fitness advantages”的研究论文。

该研究关注的是基因组中新遗传材料的演化动态和生灭过程,在黑腹果蝇中选取了从新起源的非编码RNA基因(de novo miRNA)进行敲除并探讨其表型效应。

结果表明,这些新miRNA 对各个适应性组分的影响很微弱,并且不同组分之间存在拮抗效应。后续的群体竞争实验显示这些新miRNA对总适合度的影响已经接近中性。

该结果暗示了de novo 基因存在着产生、灭亡和适应性进化的循环:他们受正选择驱动而出生,当其对适应性的贡献接近中性时,会以恒定的速率死亡。值得注意的是,新基因的死亡并不是功能的无效化,而体现为不同适应性组分的相互拮抗而使其总适合度接近中性(Lu et al. 2018)。

这项研究揭示了以基因或表型为形式的新功能的进化很可能体现为“短暂的适应性”(transient adaptation)。

在长期进化历程中,源自生物抑或是非生物的环境压力一直不断改变,与此对应,基因组中演化出的新基因或新功能则体现出持续演化的短暂适应性。该研究在适应性进化以及基因功能的演化领域有着广泛且深远的意义。

该研究首次在分子进化领域阐明了“红皇后”效应(Van Valen 1973)的存在。即适应性进化并不仅可以是大规模的,或者稳定的适应性改变;如,陆生木本植物侵入潮间带环境或哺乳动物迁移到高海拔地区时发生的适应性进化,也可以如de novo基因,体现为短暂的,小规模的和局部的适应性进化。

中大生科院博士后陆广安为文章第一作者,吴仲义教授和沈栩博士为文章共同通讯作者。研究工作得到了施苏华教授、唐恬教授的大力协助,并获得国家自然科学基金重点项目、973 项目、985 项目等的资助。

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