Передача генетического материала от одного вида к другому
Интрогрессия , также известная как интрогрессивная гибридизация , в генетике — это перенос генетического материала от одного вида в генофонд другого путем повторного обратного скрещивания межвидового гибрида с одним из его родительских видов. Интрогрессия — это долгосрочный процесс, даже если она искусственная; может пройти много гибридных поколений, прежде чем произойдет значительное обратное скрещивание. Этот процесс отличается от большинства форм потока генов тем, что он происходит между двумя популяциями разных видов, а не между двумя популяциями одного и того же вида.
Интрогрессия также отличается от простой гибридизации . Простая гибридизация приводит к относительно равномерной смеси; Частоты генов и аллелей в первом поколении будут представлять собой однородную смесь двух родительских видов, например, наблюдаемую у мулов . Интрогрессия, с другой стороны, приводит к образованию сложной, весьма изменчивой смеси генов и может затрагивать лишь минимальный процент генома донора.
Определение
Интрогрессия или интрогрессивная гибридизация — это включение (обычно посредством гибридизации и обратного скрещивания) новых генов или аллелей одного таксона в генофонд второго, отдельного таксона. [1] [2] [3] [4] Эта интрогрессия считается «адаптивной», если генетический перенос приводит к общему повышению приспособленности таксона-реципиента. [5]
Древние события интрогрессии могут оставлять следы вымерших видов в современных геномах — явление, известное как призрачная интрогрессия . [6]
Источник вариаций
Интрогрессия является важным источником генетической изменчивости в природных популяциях и может способствовать адаптации и даже адаптивному излучению . [7] Это может произойти в гибридных зонах из-за случайности, отбора или перемещения гибридной зоны. [8] Есть свидетельства того, что интрогрессия является повсеместным явлением у растений и животных, [9] [10] включая людей, [11] у которых она, возможно, привела к введению аллели микроцефалина D. [12]
Было высказано предположение, что исторически интрогрессия к диким животным вносит большой вклад в широкое разнообразие домашних животных, а не в многочисленные независимые события одомашнивания. [13]
Также было показано, что интрогрессивная гибридизация играет важную роль в эволюции одомашненных видов сельскохозяйственных культур, возможно, обеспечивая гены, которые помогают их распространению в различных средах. Геномное исследование Центра геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета в Абу-Даби показало, что одомашненные сорта финиковой пальмы из Северной Африки демонстрируют интрогрессивную гибридизацию 5–18% своего генома от дикой критской пальмы Phoenix theophrasti с финиковыми пальмами Ближнего Востока P. дактилифера . Этот процесс также похож на эволюцию яблок путем гибридизации среднеазиатских яблок с европейскими яблонями. [14] Также было показано, что рис индика возник, когда китайский рис японский прибыл в Индию около 4500 лет назад и гибридизировался с неодомашненной протоиндикой или диким O. nivara , а также перенес ключевые гены одомашнивания от японского к индике. [15]
Примеры
Люди
Имеются убедительные доказательства интрогрессии генов неандертальцев [16] и генов денисовцев [17] в некоторые части генофонда современного человека.
Птицы
Утка кряква , возможно, является самой способной в мире птицей к гибридизации с другими видами уток, часто вплоть до потери генетической идентичности этих видов. Например, популяция дикой кряквы значительно сократила дикую популяцию тихоокеанской черной утки в Новой Зеландии и Австралии в результате скрещивания. [ нужна цитата ]
Бабочки
Один важный пример интрогрессии наблюдался в исследованиях мимикрии у бабочек рода Heliconius . [18] Этот род включает 43 вида и множество рас с разной окраской. Сородичи, имеющие перекрывающееся распределение, имеют схожие цветовые узоры. Подвиды H. melpomene amaryllis и H. melpomene timareta ssp. ноябрь перекрытие в распределении.
Используя тест ABBA/BABA, некоторые исследователи заметили, что интрогрессия между парой подвидов составляет от 2% до 5%. Важно отметить, что интрогрессия не случайна. Исследователи увидели значительную интрогрессию в хромосомах 15 и 18, где обнаружены важные локусы мимикрии (локусы B/D и N/Yb). Они сравнили оба подвида с H. melpomene agalope , который является подвидом, близким к H. melpomene amaryllis, во всех геномных деревьях. Результатом анализа стало отсутствие связи между этими двумя видами и H. melpomene agalope в локусах B/D и N/Yb. Более того, они провели тот же анализ с двумя другими видами с перекрывающимся распространением: H. timareta florencia и H. melpomene agalope . Они продемонстрировали интрогрессию между двумя таксонами, особенно в локусах B/D и N/Yb.
Наконец, они завершили свои эксперименты филогенетическим анализом со скользящим окном, оценивая различные филогенетические деревья в зависимости от разных регионов локусов. Когда локус важен для выражения цветового рисунка, между видами существует тесная филогенетическая связь. Когда локус не важен для выражения цветового рисунка, эти два вида филогенетически далеки, поскольку в таких локусах нет интрогрессии.
Домашние виды
Интрогрессия может оказать значительное влияние на отношения между дикими и домашними популяциями животных. Сюда входят домашние животные, например, кошки [19] или собаки . [20]
Растения
Интрогрессия наблюдалась у нескольких видов растений. Например, вид ириса из южной Луизианы изучался Арнольдом и Беннеттом (1993) на предмет повышенной приспособленности гибридных вариантов. [21] [22]
Рыба
Эспинаса и др. обнаружили, что интрогрессия между обитающими на поверхности представителями Astroblepus и трогломорфным видом, Astroblepus pholeter, привела к развитию ранее утраченных черт у потомства, таких как отчетливые глаза и зрительные нервы. [23]
Линия интрогрессии
Интрогрессивная линия ( IL ) — это вид сельскохозяйственной культуры , который содержит генетический материал, искусственно полученный из популяции диких родственников посредством многократного обратного скрещивания. Примером коллекции IL (называемой IL-библиотекой ) является использование сегментов хромосом из Solanum pennellii (дикий вид томата ), который был интрогрессирован в Solanum lycopersicum (культурный томат). Строки IL-библиотеки обычно охватывают полный геном донора. Интрогрессионные линии позволяют изучать локусы количественных признаков , а также создавать новые сорта путем введения экзотических признаков . [24]
Слияние родословных
Слияние линий — это крайний вариант интрогрессии, возникающий в результате слияния двух отдельных видов или популяций. В конечном итоге это приводит к образованию единой популяции, которая вытесняет или заменяет родительский вид в регионе. [25] Некоторое слияние линий происходит вскоре после того, как два таксона расходятся или видоизменяются, особенно если между линиями мало репродуктивных барьеров. [26] Не обязательно, чтобы эти две линии были тесно связаны, а скорее имели способность производить жизнеспособное потомство.
^ Андерсон, Эдгар; Хубрихт, Лесли (1938). «Гибридизация в традесканции. III. Свидетельства интрогрессивной гибридизации». Американский журнал ботаники . 25 (6): 396. дои : 10.2307/2436413. JSTOR 2436413.
^ Андерсон Э, 1949. Интрогрессивная гибридизация. Нью-Йорк: Wiley & Sons
^ Харрисон, Р. (2014). «Гибридизация, интрогрессия и природа границ видов». Журнал наследственности . 105 : 795–809. doi : 10.1093/jhered/esu033. ПМИД 25149255.
^ Оттенбургс, Дженте; Краус, Роберт Х.С.; ван Хофт, Пим; ван Вирен, Сипке Э.; Иденберг, Рональд К.; Принс, Герберт HT (2017). «Птичья интрогрессия в геномную эпоху». Птичьи исследования . 8 (1): 30. дои : 10.1186/s40657-017-0088-z . ISSN 2053-7166.
^ Суарес-Гонсалес, Адриана; Лексер, Кристиан; Кронк, Квентин CB (31 марта 2018 г.). «Адаптивная интрогрессия: взгляд на растение». Письма по биологии . 14 (3): 20170688. doi :10.1098/rsbl.2017.0688. ПМК 5897607 . ПМИД 29540564.
^ Эванс, доктор философии; Мекель-Бобров Н.; Валлендер, Эй Джей; Хадсон, старший; Лан, Британская Колумбия (ноябрь 2006 г.). «Доказательства того, что адаптивный аллель гена размера мозга микроцефалин проник в Homo sapiens из архаичной линии Homo». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (48): 18178–83. Бибкод : 2006PNAS..10318178E. дои : 10.1073/pnas.0606966103 . ISSN 0027-8424. ПМК 1635020 . ПМИД 17090677.
^ Цветы, Джонатан; и другие. (2019). «Межвидовая гибридизация и происхождение финиковых пальм Северной Африки». Труды Национальной академии наук США . 116 (5): 1651–1658. Бибкод : 2019PNAS..116.1651F. дои : 10.1073/pnas.1817453116 . ПМК 6358688 . ПМИД 30642962.
^ Чой, Джэ; и другие. (2017). «Рисовый парадокс: множественное происхождение, но единственное одомашнивание азиатского риса». Молекулярная биология и эволюция . 34 (4): 969–979. doi : 10.1093/molbev/msx049. ПМК 5400379 . ПМИД 28087768.
^ Уиллс, Кристофер (2011). Генетические и фенотипические последствия интрогрессии между людьми и неандертальцами. Достижения генетики. Том. 76. стр. 27–54. doi : 10.1016/B978-0-12-386481-9.00002-X. ISBN9780123864819. ПМИД 22099691.
^ Обзор научных работ по интрогрессии генов между дикими и домашними кошками.
^ Обзор и ссылки на научные статьи, посвященные интрогрессии генов собак в популяции диких псовых.
^ Арнольд, М.Л. и Беннетт, Б.Д. (1993). Естественная гибридизация ирисов Луизианы: генетическая изменчивость и экологические детерминанты. В: Харрисон, изд. RG. (1993). Гибридные зоны и эволюционный процесс , стр. 115–139. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-506917-4
^ Арнольд, Майкл Л. (1994). «Естественная гибридизация и ирисы Луизианы» . Бионаука . 44 (3): 141–147. дои : 10.2307/1312250. ISSN 0006-3568. JSTOR 1312250.
^ Эспинаса, Луис; Робинсон, Дженна; Соарес, Дафна; Хозе, Джеффри; Тулкеридис, Теофилос; III, Рикард Туми (15 августа 2018 г.). «Трогломорфные особенности фолета Astroblepus, пещерной рыбы из Эквадора, и возможная интрогрессивная гибридизация». Подземная биология . 27 :17–29. дои : 10.3897/subtbiol.27.27098 . ISSN 1314-2615.
^ Эшед, Ю. (1995) Популяция линий интрогрессии Lycopersicon pennellii в культивируемых томатах позволяет идентифицировать и точно картировать QTL, связанный с урожайностью.
^ Гаррик, Райан С.; Банусевич, Джон Д.; Берджесс, Стефани; Хисени, Чаз; Симула, Ребекка Э. (2019). «Расширение филогеографии для учета слияния линий» . Журнал биогеографии . 46 (2): 268–278. дои : 10.1111/jbi.13503. S2CID 91682713.
Арнольд, ML (2007). Эволюция посредством генетического обмена . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-922903-1.
Андерсон, Э. (1949). Интрогрессивная гибридизация. Нью-Йорк: Уайли.
Декобер, О. (2017). Дополнение к изобретению Carabini du Midi toulousain (Coleoptera, Carabidae) - Carnets Natures, 2017, vol. 4: 33–38 (ISSN 2427-6111) https://carnetsnatures.fr/volume4/carabidae-decobert.pdf.
Эяль Фридман; и другие. (2004). «Увеличение количественного признака урожайности томатов с использованием межвидовой интрогрессии». Наука . 305 (5691): 1786–1798. Бибкод : 2004Sci...305.1786F. дои : 10.1126/science.1101666. PMID 15375271. S2CID 24142071.
Ризеберг, Л.Х.; Вендел, Дж. Ф. (1993). «Интрогрессия и ее последствия у растений». В Харрисоне, Р.Г. (ред.). Гибридные зоны и эволюционный процесс . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. стр. 70–109. ISBN 978-0-19-506917-4.
Мартинсен Г.Д.; Уизем Р.Дж. Турек; Кейм П. (2001). «Гибридные популяции избирательно фильтруют интрогрессию генов между видами». Эволюция . 55 (7): 1325–1335. doi : 10.1554/0014-3820(2001)055[1325:hpsfgi]2.0.co;2. ПМИД 11525457.
Уитни, К.Д., Ахерн-младший, Кэмпбелл Л.Г., Альберт Л.П., Кинг М.С. (2010). «Закономерности гибридизации растений» (PDF) . Перспективы экологии, эволюции и систематики растений . 12 (3): 175–182. doi : 10.1016/j.ppees.2010.02.002.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )(«Запрещено» – нет доступа 6 апреля 2015 г.) Альтернативная ссылка: Закономерности гибридизации растений.