水生所揭開原生動物形態種演化的奧秘

形態種（morphospecies）通常指形態難以區分但遺傳上存在顯著分化的物種。一個形態種中可能含有多個具有生殖隔離且形態相似甚至一致的生物種。形態種廣泛存在於整個真核生物中（圖1），從單細胞的真菌、原生動物到多細胞動植物都有。那麼形態種到底是如何演化的呢？

中國科學院水生生物研究所研究員繆煒團隊以原生動物纖毛蟲中最早發現的形態種——四膜蟲形態種為對象，通過對形態高度相似的十種四膜蟲（生物種）的比較基因組分析，利用其獨特的大、小核雙核系統來追蹤形態種的基因組演化，發現四膜蟲以小核染色體近著絲粒和亞端粒區域為基因組的創新中心（圖2），通過一類特殊的反轉錄轉座子（REP）介導，平行、獨立地創造了同一類具有獨特90bp外顯子陣列的、年輕的、富含亮氨酸重複序列（LRR）的大核新基因（圖2）。實驗表明這些數以千計且基因結構多樣的大核新基因的功能可能與四膜蟲攝食不同的細菌有關，進而適應不同的微生態環境，而與其形態無關，從而解釋了十種四膜蟲形態高度相似卻具有很高的遺傳多樣性的原因。該研究不僅揭示了四膜蟲形態種的演化機制，而且為其它真核生物類群的形態種演化研究提供了重要啟示。

圖1. 形態種在真核生物中的廣泛分布（柱狀圖表示各真核生物類群中形態種報道數目的多少，基於Web of Knowledge文獻檢索結果整理；圖修改自Adl等，2012）。

圖2. 四膜蟲形態種基因組演化特徵（SSG: 大核中種特異基因、CSG: 大核中種間保守基因、LRR: 大核中富含亮氨酸重複序列基因、Ka/Ks值、TD：串聯重複率、GE：純培養條件下基因表達值在5條小核染色體上的分布）。

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