宾夕法尼亚州立大学 根据一项新的研究，两种与颜色相关的基因的进化有助于解释林莺在颜色和图案上惊人的多样性，就像这张照片中的乌鸫林莺
信用:达雷尔·科克伦 根据宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的一项新研究，对莺羽毛的不同颜色和图案很重要的两个基因通过两个非常不同的过程进化而来
这些进化过程可以帮助解释这些鸣禽快速进化成如此多独特的物种
佩恩州立大学博士后研究员、该论文的第一作者马塞拉·贝兹说:“林莺是一种极其丰富多样的鸟类，总共有100多种。”
“这些物种在进化过程中迅速崛起，生物学家称之为物种辐射
为了更好地理解这种辐射，我们研究了莺类中与羽毛颜色相关的基因区域
" 研究小组对木莺属中所有34个物种的基因组进行了测序，并创建了一个系统进化树，阐明了每个物种之间的相互关系
然后，他们聚焦于九对密切相关的“姐妹物种”
“每一对都是一个物种分裂成两个物种的结果
看看每对中是否有相似的进化过程，研究人员就能更好地理解整体辐射
今天(11月30日)发表了一篇描述他们结果的论文
)发表在《当代生物学》杂志上
宾夕法尼亚州立大学生物学助理教授、研究小组组长大卫·托沃斯说:“在大多数情况下，很难找到多样化过程中潜在的基因，因为很难将特定的基因与特定的颜色等特征联系起来。”
“但是许多种类的莺很容易杂交，产生混合了亲本物种特征的杂交后代，所以我们以前能够将某些颜色模式与它们潜在的遗传区域联系起来
在这项研究中，我们集中研究了两个着色基因，但能够在这个大属的所有物种中研究它们，给我们一个了解其余辐射的窗口
" 第一个基因，阿古提信号蛋白(ASIP)，参与产生黑色素，这是这些莺棕色和黑色羽毛的基础
在每对姐妹物种中，黑色或棕色羽毛的数量或位置都有所不同，研究小组可以预见地在ASIP附近发现了基因差异
“我们创建了一个完全基于ASIP基因区域的进化树，这更清楚地显示了基因在整个属中是如何变化的，”贝兹说
“这个基因树的模式反映了基于我们在整个基因组中看到的系统发生树的模式
这意味着我们在ASIP看到的差异是由不同物种独立产生的突变造成的
然而，第二个基因BCO2的基因树显示了一个与整个基因组树不匹配的非常不同的模式，这表明不同的过程在起作用
" 研究小组发现，一个与颜色相关的基因经历了一个标准的进化模式，在不同的物种中发生突变
相比之下，在某些情况下，第二个基因的一部分通过一种被称为渐渗的过程在物种之间转移，在这种过程中，杂交鸟类与亲本物种交配，并经过几代人的时间，转移遗传物质
信用:托德·费伦鲍姆 第二个基因，β-胡萝卜素氧合酶2 (BCO2)，参与产生类胡萝卜素色素，产生亮黄色、红色和橙色羽毛
研究人员认为，一种叫做渐渗的过程——分别进化的物种之间的基因交换——可以解释为什么BCO2的基因变化模式与群体的整体辐射不一致
“当两个不同的物种杂交时，会发生渐渗，杂交后代继续与原始物种中的一个交配，”贝兹说
“经过几代之后，一个物种的遗传物质可以被整合到另一个物种中
这种古老渐渗的信号可以保留在活着的个体的基因组中——就像祖先测试可以揭示你有多少尼安德特人的基因一样
在这种情况下，我们意外地发现了证据，表明在本属的两种远亲莺中，BCO2有古老的渐渗现象
" 研究人员发现了渗入的证据，包括黄莺和木兰莺，以及草原莺和黄莺，所有种类的羽毛都带有彩色的类胡萝卜素
然而，他们指出，根据目前的数据，很难判断基因转移的方向性
“一种可能性是木兰莺版本的BCO2渗入黄莺体内，这种‘对它们来说是新的’版本在黄莺的羽毛中产生了更广泛的类胡萝卜素沉积，”托沃斯说
“想想古代的渐渗才是黄莺这么黄的原因，真好玩！” 这是脊椎动物类胡萝卜素基因转移的第一个例子
总的来说，这项研究的结果表明，渐渗和更标准的进化模式，即突变发生并从父母传给后代，在产生这一属的颜色多样性方面发挥了作用，并可能有助于实现鸣禽的极端多样化。
未来，研究人员希望将这些基因的特定突变与羽毛颜色的变化联系起来，并绘制出色素产生的分子路径
他们也想将他们的研究扩展到所有110种莺
“有一种可能是完全从另一个属中渗入的，”托沃斯说
“扩大到其他鸣鸟将使我们能够探索这种可能性，并更广泛地了解这些迷人鸟类的辐射
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