非洲化蜜蜂的疯狂与分子进化

【字体: 时间:2008年02月27日 来源:生物通

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美国研究人员分析了非洲、欧洲和亚洲蜜蜂的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs),结果发现,非洲化蜜蜂的大部分等位体与非洲蜜蜂一样,但在基因中,与欧洲蜜蜂相同的等位体出现的频率比基因之间的非功能部分要高。研究人员推测,欧洲的蜜蜂基因能增强美国非洲化蜜蜂度过温带地区寒冬的存活率和适应能力。

  

生物通报道:如同许多试图统治这个世界的物种一样,蜜蜂(Apis mellifera)不断地发起突袭,攻城略地。一项新的研究发现,当蜜蜂到达一个曾经入侵过的地方时,能够利用它们先辈遗留下来的遗传物质。该研究结果发表在2月25日的在线版《PNAS》上。


伊利诺大学的教授Charles Whitfield和博士后Amro Zayed完成了该项研究。他们分析了非洲、欧洲和亚洲蜜蜂的基因,看看它们再特定标记上发生的变异。他们也重点研究了南美巴西的蜜蜂,因为该地区发生多次的蜜蜂入侵。


研究人员搜寻组成基因的核苷酸序列,以找出其中发生的细微变化。有一些单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)在非洲蜜蜂中是非常常见的,而另一些SNPs在西欧、东欧和亚洲中更长见。

Whitfield于2006年在《Science》上发表过一项研究表明,蜜蜂起源于非洲,而不是以前人们所猜测的亚洲。


该研究揭示了,蜜蜂至少两次扩张到欧亚大陆,导致东欧和西欧中的蜜蜂彼此大不相同。


这个较早前的研究也提供更多的结果,进一步证实了非洲蜜蜂在新大陆与它们的先辈(西欧主要的蜜蜂)也有杂交,虽然多数时候是直接取代。当新来的非洲蜜蜂与旧时的欧洲蜜蜂杂交,它们的后代,从外在及大多数行为看来,都类似于非洲蜜蜂。


这些蜜蜂具有更大的攻击性。非洲化蜜蜂在美国很受媒体的瞩目,因为它们会从南美一直往北移动。据美国农业部门说,1990年第一个非洲化蜜蜂就达到了德克萨斯州。不到10年间,它们就遍布南加州、亚利桑那州、内华达州和新墨西哥州。

Whitfield和Zayed想通过研究了解,非洲蜜蜂为何会迁移到新的领域,与早几个世纪前就从东欧和西欧来到新大陆的蜜蜂较量并取得统治性的地位?其中的进化机理是什么?


他们从非洲化蜜蜂的基因组中随机选择了400个SNPs进行分析,结果显示大部分等位体与非洲蜜蜂一样。但在基因组的功能性部分(基因中),与欧洲蜜蜂相同的等位体出现的频率比非功能性的部分高(基因之间)。


Zayed说,我们有一个疑问,这些杂交的过程本质上来说是一个随机的过程吗?当非洲蜜蜂与西欧蜜蜂(几百年前就来到了南美)交配,按理说杂交的子代应该是随机基因组的功能和非功能部分。但是研究人员发现,选择西欧基因组的功能性部分,还是非功能性部分,事实上是有偏好的。


尽管研究人员不知道,这些欧洲的蜜蜂基因如何增强美国非洲化蜜蜂的存活率和适应能力,但Whitfiel表示,可能是来自西欧蜜蜂的特性是有益的,或者作为一个杂交的蜜蜂,这样对这些蜜蜂来说是一件好事。


在另一项研究中,研究人员也发现,蜜蜂从非洲扩张到西欧和北欧温带的地区,存在哪些与之相关的进化标签。在这一次扩张的过程中,基因组的功能性部分比非功能性的部分,所发生的改变更多。


Whitfield认为,这涉及社会性的适应,使得蜜蜂能够度过寒冬。


蜜蜂在温带地区的生存,与人类生存的方法一样,都是需要一个遮风挡雨庇护场所,以及进行储备资源。

非洲蜜蜂无须度过这样寒冷的冬天,所以它们储存很少的食物,繁殖得更快。


Whitfiel说,热带的动物又会怎么样呢?它如何扩张到温带地区并捱过慢慢寒冬的?人类可以做到,令人惊奇的是,蜜蜂用类似的方法也做到了。(生物通,揭鹰)


原始论文:

Amro Zayed and Charles W. Whitfield. A genome-wide signature of positive selection in ancient and recent invasive expansions of the honey bee Apis mellifera. PNAS published February 25, 2008

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