一群进化生物学家发现了颜色模式重复进化的遗传基�

由阿克塞尔迈耶教授领导的康斯坦茨大学进化生物学家团队发现了颜色模式反复进化的遗传基础。对柠檬科几种东非鱼类条纹的研究结果解释了进化是如何以创纪录的速度重演的。这项研究发表在10月26日的《科学》杂志上。

为什么进化会重演？在这些重复过程中，基因会发生什么？还是其他基因和机制可以产生看起来相似的生物？康斯坦茨大学的阿克塞尔迈耶教授和他的团队接近回答这个问题，这个问题很重要，但仍然很重要。答案很神奇。他们研究了一种在各种动物中普遍存在的特殊颜色图案：水平条纹。研究人员可以利用基因组学和分子生物学的现代方法来确定这些条纹重复进化的基础，并用带有条纹的CRISPR-Cas突变鱼进行验证。

在马拉维、维多利亚和坦甘吉卡等非洲湖泊中，可以发现1200多种色彩斑斓的美丽鱼类。它们不仅色彩丰富，而且有许多彩色图案，如水平或垂直条纹。“但这还不是全部，”阿克塞尔迈耶解释道。“cichlid是进化的主要例子。它们在社会行为、体型、色彩图案和许多其他生物上极其多样，但同时，一些特征在不同的湖泊中。”这种重复进化的原理——生物学家称之为收敛进化——使慈鲷成为研究这一现象的遗传基础的完美目标。如果相似的颜色和形状出现在几条独立的进化线上，这意味着进化以同样的方式对相似的环境条件做出反应。现在的问题是：当进化重演时，这在遗传中是如何起作用的？

现在，在实验室里，通过基因组分析、育种和实验，包括CRISPR-Cas作为“基因剪刀”，我们已经重建了哪些基因和哪些遗传机制在cichlid的条纹上起作用。迈耶斯教授团队的早期专业研究员、科学研究的第一作者Claudius Kratochwil博士解释说：“在育种实验中，我们可以准确地确定22条染色体中的哪一条，甚至鱼染色体的哪个区域，是条纹的基因指令。”与该染色体部分相关的基因称为agrp2。这种“条纹基因”在其他非洲湖泊中的起源和分布已经在比较分子研究中有所描述。从进化的角度来看，慈鲷的条纹相当不稳定。在数百万年的时间里，它们消失在非洲的湖泊中，并多次重现。因为这些物种(条纹和非条纹)太年轻了，它们可以在水族馆里杂交。实验室对条纹慈鲷和非条纹慈鲷的繁殖和检验表明，所有慈鲷都具有“条纹基因”。但是这个基因的开关(调控元件)是不同的。“这种基因转化导致没有条纹的物种的基因被激活。因此，产生了大量的蛋白质。”基因“agrp2”起“条纹抑制剂”的作用：基因产量高，条纹会被抑制，产量低，条纹会保留。研究人员可以通过现代基因方法证明这一点。“如果我们使用CRISPR-Cas从没有条纹的物种的基因组中移除基因，”Kratochwil解释说，“那么即使是“条纹”鱼也会突然形成条纹，就像我们用CRISPR-Cas突变鱼所展示的那样。这证明了条纹基因是决定性的遗传因素。”这种基因转换使得没有条纹的物种的基因更加活跃。结果，产生了大量的蛋白质。“条纹基因”agrp2充当“条纹抑制剂”:基因产量高，条纹会被抑制，产量低，条纹会保留。研究人员可以通过现代基因方法证明这一点。“如果我们使用CRISPR-Cas从没有条纹的物种的基因组中移除基因，”Kratochwil解释道，“那么即使是没有条纹的鱼也会突然形成条纹，就像我们用CRISPR-Cas突变鱼展示的那样。条纹基因是决定性的遗传因素。”这种基因转换使得没有条纹的物种的基因更加活跃。结果，产生了大量的蛋白质。“条纹基因”agrp2充当“条纹抑制剂”:基因产量高，条纹会被抑制，产量低，条纹会保留。研究人员可以通过现代基因方法证明这一点。“如果我们使用CRISPR-Cas从没有条纹的物种的基因组中移除基因，”Kratochwil解释道，“那么即使是没有条纹的鱼也会突然形成条纹，就像我们用CRISPR-Cas突变鱼展示的那样。条纹基因是决定性的遗传因素。”条纹将被抑制，如果输出较低，它们将保留。研究人员可以通过现代基因方法证明这一点。“如果我们使用CRISPR-Cas从没有条纹的物种的基因组中移除基因，”Kratochwil解释道，“那么即使是没有条纹的鱼也会突然形成条纹，就像我们用CRISPR-Cas突变鱼展示的那样。条纹基因是决定性的遗传因素。”条纹将被抑制，如果

产量低，它们将保留。研究人员能够通过使用现代遗传方法证明这一点。“如果我们使用CRISPR-Cas从没有条纹的物种的基因组中去除基因，”Kratochwil解释说，“那么即使是”无条纹“的鱼也会突然形成条纹，正如我们用CRISPR-Cas突变体鱼所展示的那样。条纹基因是决定性的遗传因素。“

关于这种遗传机制的最新发现，“条纹基因”对条纹的激活或失活，发表在最新一期的“科学”杂志上。杂志。有趣的是，慈鲷的agrp2基因是哺乳动物中agouti基因的拷贝，它负责猫，狗，马和条纹幼鸟的不同毛色。“没有agouti基因家族，动物的世界可能会少得多，”Claudius Kratochwil反映道。相对而言，慈鲷中“条纹基因”的机制显然可以在最短的时间内实现重复进化。如果特征在进化过程中丢失，通常这种损失是永远的，因为比利时古生物学家路易斯多洛已经在125年前就已经实现了，并在1893年的“玩偶法”中写下了他的结论。条纹基因agrp2的特殊方面是它以简单的方式重复演化特征。如果慈鲷丢失其条纹并不意味着它们永远不会返回，反之亦然。这些分子生物学研究还表明，古生物学规则和进化规则必须再次受到质疑。