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種內遺傳多樣性是最基礎層次的生物多樣性,影響著群落結構、生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能、以及物種適應環(huán)境變化的能力。確定地球上哪些地方遺傳多樣性高,哪些因素影響遺傳多樣性的地理分布,不僅對生態(tài)學和進化生物學研究非常有意義,而且對人類健康、動植物育種及生物多樣性保護有重要啟示。大尺度研究表明,中性或近中性基因的遺傳多樣性隨緯度增高而降低,與經典的物種多樣性緯度梯度變化規(guī)律相一致。功能基因對物種的進化和遺傳變異影響較大,然而,我們對功能基因遺傳多樣性的地理分布規(guī)律則知之甚少。
中國科學院動物研究所李義明研究組描繪了陸生哺乳動物一個多態(tài)免疫基因(MHC II DRB gene exon 2,93個物種,1515 條序列)的遺傳多樣性在全球的地理分布(圖1),并量化了物種特征、正向選擇以及人類活動對該免疫基因遺傳多樣性的影響。研究發(fā)現(xiàn),該位點的遺傳多樣性和正向選擇頻次呈現(xiàn)出明顯的地理緯度梯度:赤道地區(qū)的遺傳多樣性高,正向選擇頻次高,隨緯度增高,遺傳多樣性(圖2)和正向選擇的頻次均下降(圖3)。遺傳多樣性的地理分布受絕對緯度、物種的個體大小和正向選擇的影響,與絕對緯度和個體大小呈負相關,而與正向選擇的出現(xiàn)呈正相關。赤道地區(qū)正向選擇頻次高,進化速率快,遺傳漂變速率低,因而遺傳多樣性高。
該研究首次提出作用于高適應基因的正向選擇地理緯度變化模式,對理解自然選擇、物種特征及遺傳漂變等因素在地理上是如何塑造遺傳多樣性的分布,具有重要意義。該研究建議,低緯度地區(qū)的遺傳多樣性應優(yōu)先得到保護。
相關研究成果在線發(fā)表在Ecography上。博士生王斯琪是論文的共同第一作者,研究員李義明是論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金委重點基金項目和面上項目的資助。
圖1.93種哺乳動物MHC免疫基因(MHC II DRB gene exon 2)遺傳多樣性的地理分布
圖2.MHC免疫基因遺傳多樣性與絕對緯度的量化關系
圖3.作用于MHC免疫基因的正向選擇頻次與絕對緯度的量化關系
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