类胡萝卜素色素基因的适应性渗入揭示红背细尾鹩莺性选择羽色性状的地理变异

为解决性选择性状遗传基础与适应性渗入机制的科学问题，Sarah Khalil团队通过全基因组测序和靶向扩增测序技术，分析了红背细尾鹩莺(Malurus melanocephalus)杂交种群的羽色变异。研究发现15%的遗传变异与羽色梯度一致，FASN、CSNK1D等类胡萝卜素代谢相关基因呈现选择信号，证实性选择驱动的适应性渗入是羽色地理分化的关键机制。该成果为理解性选择与杂交进化的分子关联提供了新证据。

　　

在鸟类绚丽的羽色背后，隐藏着性选择与分子进化的精妙博弈。红背细尾鹩莺的雄性背部呈现从橙到红的连续色变，这种差异不仅关乎审美，更直接关联繁殖成功率——野外实验证实雌性显著偏爱红色个体。然而，羽色渐变群与中性遗传渐变群的空间错位现象，暗示可能存在超越传统遗传漂变的进化驱动力。Tulane大学等机构的研究团队在《Evolution》发表的这项研究，首次揭示了性选择如何通过基因组层面的适应性渗入塑造羽色地理变异。

研究采用全基因组测序(36个体)结合靶向扩增测序(285个体/16种群)的策略，重点分析杂交带内极端表型个体。通过F_ST扫描、f_d统计量和地理渐变群建模等方法，鉴定出与羽色共变的基因组区域。样本来自澳大利亚达尔文至布里斯班的3052公里样带，涵盖两个亚种(M. m. cruentatus和M. m. melanocephalus)及其杂交区。

遗传结构分析显示：尽管杂交带内红/橙个体全基因组F_ST仅0.003，但鉴定出66个高分化窗口（染色体1A/4/Z），其中32个基因与类胡萝卜素代谢相关。PCA证实扩增位点可解释36%羽色变异(adj R²=0.36)。

地理渐变群分析发现：39个SNP与中性遗传渐变群一致，14个SNP与羽色渐变群吻合或更东扩。关键基因包括：

• 脂肪酸合成酶(FASN)：3个SNP呈现显著选择信号，Tajima's D值在橙羽种群为负值(-1.2)，提示正选择
• 酪蛋白激酶(CSNK1D)：通过Wnt通路影响羽色发育
• 排斥导向分子B(RGMB)：与鸡类胡萝卜素性状相关
• 代谢型谷氨酸受体8(GRM8)：可能影响雌性色觉感知

选择信号检测显示：FASN区域在红羽亚种呈现高f_d值(0.68)和核苷酸多样性(π=0.0012)降低，符合"选择性清扫"模式。

这项研究通过多尺度基因组证据，建立了从雌性择偶偏好→羽色相关基因选择→适应性渗入的完整因果链。特别值得注意的是，FASN基因可能通过脂质代谢途径影响类胡萝卜素沉积，这为理解鸟类色彩进化提供了新视角。研究还揭示了性选择驱动下，微弱表型差异(红/橙连续渐变)仍可引发显著的基因组分化。这些发现对理解杂交带的动态演化、性选择与自然选择的互作具有重要理论价值，也为动物色彩遗传学研究提供了方法学范式。