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【编辑推荐】为探究生殖隔离机制，研究人员以秀丽隐杆线虫近缘种 C. remanei 和 C. latens 为对象，分析杂交后代表型。发现 F?杂交雄虫存在多重发育缺陷导致强合子后隔离，且无交配前隔离。研究为理解物种形成中隔离屏障演化提供新视角。
在生物演化的漫长画卷中，物种如何保持自身独立性始终是生命科学的核心谜题。生殖隔离作为防止不同物种基因交流的关键机制，其起源与演化路径一直备受关注。传统理论认为，在物种分化早期，交配前隔离（如行为偏好、生态位差异）可能先于合子后隔离（如杂交后代不育或 invi）形成，尤其在同域分布物种中更是如此。然而，越来越多的案例显示，某些物种间可能缺乏明显的交配前隔离，而合子后隔离却已高度发达，这提示我们需要更深入解析不同隔离屏障的演化动态与遗传基础。
加拿大多伦多大学（University of Toronto）的研究团队聚焦于秀丽隐杆线虫属（Caenorhabditis）的近缘种 C. remanei 和 C. latens，这两个物种虽有高达约 5000 万代的共同祖先分化时间及显著的基因组差异（平均同义位点 divergence KS=0.17），却仍能产生杂交后代。研究团队旨在揭示其生殖隔离的具体形式与分子机制，相关成果发表于《Evolution》，为理解物种形成过程中隔离屏障的复杂性提供了重要实证。
研究采用了多种关键技术方法：通过 “选择交配实验”（assortative mating assays）观察种间交配偏好，利用荧光染色追踪精子转移；借助 “精子异位迁移实验” 检测交配后合子前屏障（postmating-prezygotic barrier, PMPZ）；对 F?杂交雄虫进行生育力评估、性腺形态学分析、精子细胞形态测量（如截面积、圆度）及雄性尾部生殖结构表型鉴定；结合 DAPI 染色、微分干涉相差显微镜（DIC）及荧光显微镜技术，系统记录杂交后代的发育异常。
研究结果
1. 交配前隔离缺失
在混合种群的 “选择交配” 条件下，C. remanei 与 C. latens 雌雄个体未表现出对同种配偶的显著偏好，异种间精子转移频率与同种交配相近。值得注意的是，C. remanei 同种交配的受精率反而低于异种交配，暗示其同种交配行为可能受异种存在的干扰，但单一物种环境下两物种的同种受精率无显著差异。这表明两物种间缺乏行为学或化学信号介导的交配前隔离。
2. 交配后合子前屏障不显著
尽管在其他秀丽隐杆线虫物种中，精子异位迁移（如侵入体细胞腔）是重要的 PMPZ 屏障，但本研究发现，C. remanei 与 C. latens 杂交后，精子异位迁移的发生率与同种交配无显著差异。约 20%-26% 的杂交雌性和 13%-34% 的同种雌性出现精子异位，且迁移程度（如精子数量、分布位置）在组间无统计学差异。这提示精子与雌性生殖系统的兼容性差异并非两物种的主要隔离机制。
3. 合子后隔离的多重表型基础
杂交雄虫不育与性腺发育异常：C. remanei 作为母本的杂交雄虫（C. remanei♀×C. latens♂）中，仅 3.5%（6/171）可育，且不育个体普遍存在性腺形态缺陷。正常性腺比例仅 15%，56% 表现严重畸形（如组织团块化、迁移路径异常），伴随精子生成障碍（60.1% 严重畸形性腺个体无精子）或精子滞留（14% 出现异常精子堆积）。性腺发育完整性与精子产生能力显著相关，提示性腺形态发生是合子后隔离的关键环节。
精子形态与功能缺陷：杂交雄虫的精子截面积显著小于亲本物种，圆度和 Circularity 指标降低，表明精子形态异常。约 33% 的 C. remanei 母本杂交雄虫出现 “尖刺状”“分离状” 或 “出芽状” 异常精子，而亲本物种仅 4% 出现类似现象。精子数量在杂交雄虫中呈减少趋势，虽未达统计学显著，但结合形态缺陷，提示精子发生的多阶段异常（如减数分裂、精子激活）可能共同导致不育。
雄性尾部生殖结构异常：C. remanei 母本杂交雄虫的尾部畸形率高达 40%，显著高于父本反交组（5.4%）及亲本物种（4.4%-6.7%）。异常类型包括射线缺失 / 融合、尾扇畸形、尾部不对称等，其中 20.8% 存在尾尖形态异常，13.6% 射线结构异常。尾部结构是交配行为中定位雌虫阴门的关键器官，其缺陷可能直接导致交配失败，进一步加剧不育表型。
研究结论与意义
本研究揭示了 C. remanei 与 C. latens 之间主要通过合子后隔离维持物种界限，且这种隔离由多重发育缺陷共同构成，包括性腺形态发生异常、精子发生障碍及交配器官畸形。这些表型缺陷暗示杂交个体中存在多基因或多效性的 Dobzhansky-Muller 不兼容（DMIs），即不同物种间基因互作导致的发育紊乱。值得注意的是，交配前隔离的缺失与合子后隔离的强盛形成鲜明对比，表明在该系统中合子后隔离可能演化更快，这与 “脆弱雄性假说”（Fragile Male Hypothesis）一致 —— 雄性特异性发育程序对遗传扰动更敏感，加速了杂交雄虫的不育演化。
此外，研究为理解物种形成中的 “系统漂移”（systems drift）理论提供了实证，即基因调控网络的中性变异可能在地理隔离中积累，最终通过 DMIs 引发复杂表型缺陷。未来对这些不兼容基因的定位与功能解析，将进一步揭示生殖隔离的遗传基础，为探讨物种分化的普适性机制奠定基础。
