探秘雄性状、雌偏好与 G 矩阵的协同演化：打破传统认知的遗传学研究

在动物世界中，雌性对雄性性状的偏好影响深远。研究人员围绕雌性偏好如何影响雄性性状等问题，以沙螽（Gryllus firmus）为对象开展研究。结果发现雌性偏好虽会对性状施加选择，但性状响应依赖 G 矩阵，且遗传相关性源于连锁不平衡和基因多效性。该研究为理解性状演化提供新视角。

　　在奇妙的动物王国里，雌性对雄性某些特征的偏爱现象十分普遍。就像许多昆虫，雄性会通过独特的歌声吸引雌性。以往研究多聚焦单一雄性性状，探讨雌性偏好的影响因素，但雌性的偏好往往涉及多个雄性特征，而且不同雌性的偏好也存在差异。这背后复杂的遗传机制一直未被完全揭示，传统的单变量研究难以全面解释这些现象。于是，为了深入探究雌性偏好如何影响雄性性状、雌性偏好自身如何变化，以及雄性性状与雌性偏好之间的遗传相关性，美国加利福尼亚大学河滨分校（University of California, Riverside）的研究人员展开了一项别出心裁的研究。

研究人员以沙螽（Gryllus firmus）为研究对象，设计了两组实验。在一组实验（S 线）中，让雌性与自己偏爱的雄性交配；在另一组（R 线）中，雌性与随机选择的雄性交配。实验过程中，详细测量了雄性沙螽歌声的 14 个组成部分，包括鸣叫时长（CALL）、音量（VOL）、啁啾率（CHIRP）等。经过多代实验和分析，研究人员发现，尽管雌性对鸣叫时长（CALL）有强烈的直接选择偏好，但在实验过程中，CALL 并没有明显变化，而 VOL、CHIRP 等其他歌声组成部分却发生了改变。通过模拟实验发现，这是因为间接遗传效应抵消了直接效应。此外，研究还发现雌性偏好确实在 R 线中有所下降，而且遗传相关性不仅源于连锁不平衡，还与基因多效性有关。这一研究成果发表在《Heredity》杂志上，为我们理解动物性状的演化提供了全新的视角，打破了以往对单变量研究的局限认知。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在实验设计上，精心构建了包含选择交配和随机交配的两组实验体系，确保实验结果的可靠性。实验过程中，利用录音设备记录雄性沙螽的歌声，之后借助软件对歌声进行分析，获取各个歌曲组成部分的数据。在遗传分析方面，采用动物模型结合 Asreml? 软件，估计遗传力和遗传相关性。同时，运用模拟分析，基于实验数据预测选择响应。

研究结果

1. 雄性歌曲的遗传分析：LINE（S 线和 R 线）是 14 个歌曲组成部分中 13 个的显著固定效应，WING（翅型）在 8 个组成部分中显著，且 LINE 和 WING 存在 3 个交互作用。多数歌曲组成部分遗传力适中且显著不为零，遗传相关性较高，其中 49 个显著不为零，但整体相关性矩阵结构不明显，表明性状间的演化关系复杂。
2. 雌性偏好对 CALL 和 VOL 的影响：早期实验中，雌性选择方式导致对 CALL 和 VOL 无显著选择；从第 3 代起，雌性基于访问次数选择雄性，此时 S 线中 CALL 和 VOL 的 β 值为正，且 CALL 受选择作用更大。然而，从第 3 代到 11 代，CALL 和 VOL 均无明显变化。
3. 雄性歌曲组成部分的变化分析：对比第 3 代和 11 代，14 个歌曲组成部分中有 12 个发生显著变化，6 个存在显著的 Generation by LINE 交互作用，表明雌性偏好对部分歌曲组成部分有显著影响。例如，VOL 和 FREQ 在 S 线中增加更多，而 V.PULSE/CHIRP、V.CHIRP.W 和 V.FREQ 在 S 线中下降幅度小于 R 线。
4. 雌性对所有歌曲组成部分的偏好分析：对雌性偏好的表型分析发现，14 个歌曲组成部分中多数存在显著偏好，其中 5 个为稳定偏好，5 个为正向定向偏好，4 个为负向定向偏好。多变量分析显示，R.CALL 和 R.CHIRP 对雌性偏好影响较大。遗传分析表明，S 线和 R 线在 12 个歌曲组成部分上差异显著，雌性偏好的遗传力较低但部分显著，遗传相关性适中到较高，但只有 V.CHIRP.W 和 IPULSE.W 显著，且 R 线和 S 线的遗传相关性差异不明显，暗示基因多效性和连锁不平衡共同作用。
5. 模拟模型：模拟结果显示，总响应与 β 值显著正相关，但直接响应和间接响应的综合作用决定了性状变化。CALL 虽有较强直接选择，但间接响应抵消了其变化；VOL 变化主要源于间接效应。增加雌性可评估的雄性数量后，CALL 响应无明显变化，VOL 和 CHIRP 响应渐近增加并在 5 - 6 个雄性时趋于稳定。

研究结论表明，仅关注单变量雌性偏好函数或表型层面的多变量偏好，难以准确预测雌性偏好的性状或与之遗传相关性状的演化。即使雌性选择有限，其偏好仍会对性状施加强烈选择，但性状的响应很大程度取决于 G 矩阵的细节。这一研究揭示了性状演化的复杂性，强调了综合考虑遗传和表型相互作用的重要性，为后续研究提供了关键参考，推动了对动物性状演化机制的深入理解。