进化的“燃料”：古老的染色体倒置如何利于生物生存

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犹他州立大学进化遗传学家Zachariah Gompert说，遗传变异是进化的最终燃料。但是，几个世纪以来，这个燃料库在自然选择和随机遗传漂移的过程中被耗尽了。遗传变异是否或如何能够长期存在，仍然是科学家的一个大问题。

Gompert和来自法国蒙彼利埃大学、英国John Innes中心、墨西哥克雷塔罗国立自治大学、内华达大学里诺分校和圣母大学的同事在2023年6月13日的《美国国家科学院院刊》网络版上发表了他们对这个问题的调查。这项研究得到了Gompert在2019年获得的美国国家科学基金会CAREER奖，以及欧洲研究理事会的资金支持。

南加州大学生物系和南加州大学生态中心的副教授Gompert说："我们研究了你如何维持一个物种的遗传变异，以及这种变异如何影响适应。"

在这项研究中，该小组调查了以各种植物为食的昆虫 - Timema属，一种原产于美国西部的相对矮，粗壮且无翅的竹节虫。

Gompert说："在北美西部有十几种Timema，可以吃很多种类的植物。但是有一个物种，Timema knulli只以红木树为食并茁壮成长，这是其他Timema物种不能享用的唯一植物。"

T. knulli具有这种能力是因为染色体倒置--也就是其基因组结构的改变。Gompert说，与基因突变不同，基因突变是DNA序列的变化，而染色体倒置是在染色体的两个断点之后发生的，该断点180度转弯并在原断点处重新插入。

在倒置的情况下，大块的染色体--在这种情况下，有3000万个DNA碱基--会向后翻转，该团队确定，T. knulli的这种倒置是相当古老的。

"我们认为它发生在大约750万年前，"Gompert说。"而且最酷的是，T. Knulli种群仍然携带两种版本的等位基因--一种是在红豆杉上作为宿主植物进食和茁壮成长的等位基因，另一种是在祖先宿主植物--一种开花植物上增加生存能力的原始等位基因，而且在杂合子形式下可能特别有利。"

他说，环境的异质性和粘虫迁移种群之间的基因交换有助于新的和祖先的染色体变体或多态性的持续存在，这可能使生物体在不断变化的世界中获得优势，允许持续的进化和适应。

Gompert说："影响这种倒置的进化过程的复杂性非但不是一种损害，反而提供了对遗传变异损失的复原力，并可能促进长期生存。"

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