剑尾鱼跨物种基因交流：虽障碍重重，却依然广泛存在

《Nature Ecology & Evolution》：Pervasive gene flow despite strong and varied reproductive barriers in swordtails

在物种演化研究中，生殖隔离与杂交现象的矛盾关系一直是未解之谜。为深入探究，研究人员以剑尾鱼（Xiphophorus）为对象，结合多种实验手段开展研究。结果发现，剑尾鱼虽存在多种生殖隔离机制，但基因流仍广泛存在。这一成果为理解物种演化提供了新视角。

　　在生命演化的长河中，地球上众多奇妙的物种都源自共同的祖先。长久以来，进化生物学的一个核心目标，便是弄清楚种群间的生殖隔离是如何产生并促使新物种形成的。生殖隔离的机制丰富多样，涵盖从交配偏好或生殖时间改变的合子前隔离（prezygotic barriers），到影响杂交后代生存能力或生育能力的合子后隔离（postzygotic barriers） 。然而，令人困惑的是，尽管这些隔离机制广泛存在，基因组测序却显示杂交现象在生物界普遍发生。这就引出了一个亟待解决的问题：在进化历程中，杂交的频繁发生与普遍存在的生殖隔离之间该如何协调统一呢？

为了解开这一谜团，来自斯坦福大学（Stanford University）等机构的研究人员，以原产于墨西哥东部的剑尾鱼（Xiphophorus birchmanni 和 Xiphophorus cortezi）为研究对象，展开了深入研究。相关成果发表在《Nature Ecology》杂志上。

研究人员综合运用了多种关键技术方法。首先是基因组测序技术，对自然杂交种群进行广泛的基因组采样，分析基因组的遗传信息；其次，通过人工杂交实验，在实验室环境下培育杂交后代，观察其特征；另外，还进行了行为学分析，开展雌性择偶实验，研究剑尾鱼的交配行为。

研究结果主要包含以下几个方面：

• 基因组祖先分析：研究人员对新发现的杂交种群 Chapulhuacanito 的 306 个成年个体进行全基因组测序和本地祖先推断，发现该种群基因组祖先比例呈现强烈的双峰分布，且这种结构至少在约 40 代内保持稳定 。
• 交配行为研究：通过对野生捕获的怀孕雌性及其胚胎进行基因组测序，研究发现存在明显的选型交配（assortative mating）现象，即雌性倾向于与同祖先群的雄性交配，但实验室的雌性行为试验却无法完全解释这一现象 。
• 杂交后代发育及精子差异：人工杂交实验显示，两种剑尾鱼杂交存在功能障碍，且精子形态和活力在不同物种及杂交后代间存在差异，这表明交配后合子前的机制可能影响受精成功率 。
• 遗传不相容性分析：研究发现 X. cortezi 由于历史上的基因渗入，可能存在与 X. malinche 和 X. birchmanni 之间类似的线粒体 - 核遗传不相容性。对实验室产生的 F₂代进行研究，证实了这一推断，并且发现了另外两个影响杂交后代生存能力的基因组区域 。

在讨论部分，研究人员指出，多种重叠的合子前和合子后基因流障碍，导致了 X. cortezi 和 X. birchmanni 之间强烈但不完全的生殖隔离。选型交配、杂交后代的生存能力问题、遗传不相容性以及古代基因渗入，共同影响了剑尾鱼之间的生殖隔离水平，使得杂交种群在进化过程中呈现出一定的规律性。此外，研究还发现古代基因渗入使原本在一个物种对中导致遗传不相容的基因跨越物种界限，影响了现今的生殖隔离模式。

这项研究意义重大，它不仅揭示了剑尾鱼在多种生殖隔离机制下仍存在广泛基因流的现象，还为理解杂交与生殖隔离演化之间的相互作用提供了新的维度，为后续从实证和理论层面进一步探索杂交在生殖隔离演化中的作用开辟了新的途径，有助于推动进化生物学领域的发展。