一群进化生物学家发现了颜色模式反复进化的遗传基�

生活在非洲大湖马拉维、维多利亚和坦甘吉卡的五彩斑斓的慈鲷，说明了重复(趋同)进化的过程。

由Axel Meyer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重复进化的遗传基础。特别是对东非各种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。

为什么进化会自我重复？在这些重复过程中，基因发生了什么变化？还是相同的基因和其他机制会产生看起来相似的生物？康斯坦茨大学的Axel Meyer教授和他的团队已经接近回答这个问题，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找到1200多种色彩斑斓的鱼。它们不仅色彩鲜艳，而且有许多彩色图案，如横条纹或竖条纹。“但不是全部，”阿克塞尔迈耶解释道。“慈鲷是进化的主要例子。它们在社会行为、身体形状、颜色模式和许多其他生物方面极其多样，但同时，一些特征在不同的湖泊中。”这种重复进化的原则——生物学家称之为趋同进化——使慈鲷成为研究这一现象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，就说明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：当进化自我重复时，这在基因上是如何起作用的？

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”，已经重构了哪些基因、哪些遗传机制作用于慈鲷的条纹。Meyers教授团队的早期职业研究员、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条纹的基因指令位于22条染色体中的哪一条，甚至位于鱼染色体的哪个区域。”这个染色体部分的相关基因叫做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进行了描述。从进化的角度来看，慈鲷的条纹是相当不稳定的。在数百万年的过程中，它们消失在非洲湖泊中，并多次重现。由于这些物种(条纹和非条纹)非常年轻，它们可以在水族馆中杂交。实验室对条纹和非条纹慈鲷的饲养和检验表明，所有慈鲷都有“条纹基因”。但是这个基因的开关(调控元件)是不同的。“这种基因开关导致没有条纹的物种中的基因被激活。结果，产生了大量的蛋白质。”条纹基因“agrp2”起着条纹抑制剂的作用：如果基因产量高，条纹就会被抑制，如果产量低，它们就会保留下来。研究人员可以通过使用现代遗传学方法来证明这一点。“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“无条纹”的鱼也会突然形成条纹，正如我们用CRISPR-Cas突变鱼所展示的那样。这证明条纹基因是决定性的遗传因素。”这种基因开关使得没有条纹的物种中的基因被更多地激活。结果，产生了大量蛋白质。“条纹基因”agrp2起到了“条纹抑制剂”的作用：如果基因产量高，条纹就会被抑制，如果产量低，条纹就会被保留。研究人员可以通过使用现代遗传学方法来证明这一点。“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“无条纹”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。条纹是决定性的遗传因素。”这种基因开关使得没有条纹的物种中的基因被更多地激活。结果，产生了大量蛋白质。“条纹基因”agrp2起到了“条纹抑制剂”的作用：如果基因产量高，条纹就会被抑制，如果产量低，条纹就会被保留。研究人员可以通过使用现代遗传学方法来证明这一点。“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“无条纹”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。条纹是决定性的遗传因素。”条纹会被抑制，良品率低的会被保留。研究人员可以通过使用现代遗传学方法来证明这一点。“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“无条纹”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。条纹是决定性的遗传因素。”条纹会被抑制，良品率低的会被保留。研究人员可以通过使用现代遗传学方法来证明这一点。“如果我们使用CRISPR-C

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。“如果没有agouti基因家族，动物世界可能会少得多，”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。如果在进化过程中失去特征，通常这种损失是永恒的，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使特征的重复演变成为可能。如果慈鲷失去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。

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