表觀遺傳學被認為是入侵物種成功的關鍵

環境修飾的基因可能是入侵物種成功的因素

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人們認為,遺傳多樣性和漫長的時間是進化適應的兩個關鍵要素,在此期間有利的突變得以積累。那麼,通常缺乏遺傳多樣性的入侵物種是如何如此迅速地獲得成功的呢?一些生態學家開始認為,環境或“表觀遺傳”因素可能正在修飾基因,同時保持基因組完整。

“入侵物種有很多不同的方法可以在新的環境中表現良好,我認為表觀遺傳學是其中一種方法,”坦帕南佛羅里達大學的進化生態學家克里斯蒂娜·理查茲說。

儘管生物醫學研究人員已經研究表觀遺傳學與人類健康之間的聯絡有一段時間了,但進化生物學家才剛剛開始接受這個課題。理查茲幫助組織了本月在舊金山舉行的綜合與比較生物學學會 (SICB) 會議上關於生態表觀遺傳學的特別研討會,她說該領域有可能徹底改變進化生物學的研究。


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新興的生態表觀遺傳學領域面臨著許多挑戰。大多數野生動植物的基因組尚未測序,因此生態學家無法確定哪些基因已被修飾。而且,由於他們傾向於在不受控制的實驗室條件外工作,研究人員很難將這些基因修飾與行為變化聯絡起來。

入侵潛力
即便如此,也有跡象表明表觀遺傳多樣性可能正在幫助入侵物種茁壯成長。例如,南佛羅里達大學五年級博士候選人安德烈婭·利布林正在肯亞研究家麻雀(Passer domesticus),這些麻雀是單一群體的後代,遺傳多樣性非常低。但是,當利布林梳理這些鳥類的基因組,尋找附著了甲基的部分(一種關鍵的表觀遺傳標記)時,她發現不同種群之間的變異性很高。同樣,在入侵植物日本虎杖(Fallopia japonica)中,理查茲發現,基因相同的植物(虎杖以無性繁殖方式繁殖)根據其居住地點的不同,葉片形狀不同,生長高度也不同。與麻雀一樣,虎杖也表現出高度的表觀遺傳多樣性。北卡羅來納州立大學羅利分校的分子生物學家克里斯蒂娜·萊頓-雷蒂格也幫助組織了這次研討會,她說,繪製表觀遺傳修飾的水平可能揭示“一個種群是會衰落還是會生存”。

一些批評家不願接受表觀遺傳學與入侵物種之間的聯絡。伊利諾伊州芝加哥大學的進化遺傳學家傑裡·科因說,它們的成功可以用完善的進化理論來解釋。有時一個物種會進入一個未被佔用的生態位,有時少量的遺傳多樣性也能發揮很大的作用。“它不需要有很多變異才能進化,”他說。“我們有完全充分的其他理由,這些理由是基於更可靠的前提,來解釋為什麼入侵物種會成功。”

但隨著基因測序成本的下降,研討會組織者預測,對生態表觀遺傳學的研究有望蓬勃發展。阿姆斯特朗大西洋州立大學薩凡納分校的種群遺傳學家亞倫·施雷說,可能會有幾項有力的研究成果出現,表明“如果環境發生變化,基因表達會如何變化”。

本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於 2013 年 1 月 9 日首次發表

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

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