Science | 四川大学与云南大学共同揭示黔金丝猴的杂交起源

　　

近年来，国内外研究人员在生命之树的构建中发现了广泛存在的网状进化现象，暗示了杂交在物种多样化过程中的重要作用。杂交物种形成是指两个物种通过杂交的方式融合形成第三个新物种的过程。若这一过程中物种间的染色体倍性未发生改变，则称为同倍性杂交物种形成。灵长类动物中是否存在同倍性杂交物种形成？同倍性杂交物种形成在生物多样性的起源与演化过程中发挥着何种作用？能否鉴定到驱动杂交物种与亲本物种早期生殖隔离的关键基因？若直接参与杂交物种形成的亲本物种已经分化为多个现存物种，这种相对古老的杂交物种形成事件和相应的物种形成关键基因如何鉴定？

北京时间2023年6月2日凌晨，四川大学刘建全教授团队与云南大学于黎研究员团队在国际权威期刊Science联合发表了题为Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey的研究论文（图1），通过比较基因组学、群体基因组学、分子功能实验等方法，揭示了黔金丝猴的同倍性杂交起源。

图1 刘建全团队与于黎团队在Science期刊联合发文

研究表明，黔金丝猴（Rhinopithecus brelichi）可能是由滇金丝猴/怒江金丝猴（黑灰色毛色）的祖先与川金丝猴（金色毛色）在约180万年前同倍性杂交后产生的新物种。利用刘建全团队前期开发的杂交物种形成关键基因的鉴定方法（Molecular Plant, 2021），研究人员成功鉴定到了一系列可能在黔金丝猴杂交物种形成过程中发挥了重要作用的毛色性状相关候选基因，并利用分子实验对其功能分化进行了体外验证。黔金丝猴中与毛色相关的多个基因座位上的等位基因交替继承自两个亲本谱系，使得黔金丝猴产生了黑灰色与金色相间的“马赛克式”毛色表型，从而导致其与两个亲本谱系产生交配前生殖隔离。

据悉，这是首次在灵长类动物中发现同倍性杂交物种形成（homoploid hybrid speciation, HHS）现象，揭示了其在灵长类表型和物种多样化过程中的重要作用（图2）；不同于多数近期杂交物种形成过程中两个亲本物种均还存在的情况，这一古老杂交物种形成事件的一个亲本物种已经灭绝，分化成了两个现存物种。

图2  黔金丝猴同倍性杂交物种形成示意图（Science, 2023）

该研究作为Science期刊灵长类基因组专刊（the Primate Genome Project）的重要组成部分之一，于2023年6月2日正式在线发表。于黎团队吴宏教授、刘建全团队王则夫博士（现为南京林业大学教授）、于黎团队章誉兴博士生为该文共同第一作者，刘建全和于黎教授为该文共同通讯作者（图1）。

刘建全团队长期以青藏高原物种为研究对象（New Phytologist, 2022），围绕同倍性杂交物种形成这一科学问题开展研究，揭示了系列杂交物种形成案例（如Molecular Ecology, 2014, 2016, 2017, 2018, 2020, 2021; Botanical Journal of Biological Society, 2016等）。在对桦木科虎榛子属（Ostryopsis）长达12年的研究中（Molecular Plant, 2021），通过野外生殖隔离检测、基因组演化分析、关键物种形成基因鉴定、生化功能检验以及转基因验证等，揭示了居中虎榛子的同倍性杂交物种形成历史，建立了同倍性杂交物种形成分子遗传机制的新模型：杂交后代在杂交过程中交替继承来自两个亲本物种的生殖隔离相关基因，快速与两个亲本物种形成生殖隔离，并最终演化成为一个新物种（图3）。在此模型的基础之上，开发了杂交物种形成关键基因的鉴定方法，实现了杂交物种形成关键基因的精准定位。该方法克服了以往众多研究中，无法确定物种形成关键基因是否在物种群体间分化固定、及其是否驱动了物种起源的早期生殖隔离等技术难点；可对古老杂交物种形成事件（尤其是亲本已分化为多个现存物种的杂交物种形成事件）中的关键基因进行精准鉴定。

图3 同倍性杂交物种形成新模型（Molecular Plant, 2021）

刘建全团队通过大数据统计发现同倍性杂交物种与亲本物种都存在强烈的生态位差异，表明生态位（包括地理）隔离对于杂交物种的起源具有重要作用（American Naturalist, 2022)。值得一提的是，应用上述研究中（Molecular Plant, 2021）开发的新模型与新方法，刘建全团队独立、或与合作者们（共同一作和共同通讯）在动植物类群中相继发现了多个存在于高级分类单元间（属间或组间）的古老同倍性杂交物种形成事件，并对其过程中的物种形成关键基因进行了鉴定与分子功能验证（图4A: 桦木科鹅耳枥属千金榆组, Nature Communications, 2022; 图4B: 亚洲黑熊, PNAS, 2022; 图4C: 猕猴属食蟹猴组, Science Advances, 2023，共同一作），证实了同倍性杂交物种形成同样存在于非人灵长类类群中（Science, 2023; Science Advances, 2023)。这些研究标志着刘建全团队提出的同倍性杂交物种形成分子遗传机制的新模型和鉴定杂交物种形成关键基因的新方法在众多类群中具备较强的普适性；其对古老杂交物种形成事件的识别，和对杂交物种起源过程中关键基因的鉴定，展现出较强的技术优越性。

图4  高级分类单元间的古老同倍性杂交物种形成事件