外显子组分析揭示苏拉威西岛五种特有猕猴TYR基因的物种分化及毛色变异的分子机制

本研究通过全外显子测序技术，对苏拉威西岛五种特有猕猴（Macaca spp.）进行基因组分析，揭示了TYR（酪氨酸酶）等色素相关基因的物种分化特征。研究人员鉴定出550个高度分化基因，发现TYR基因的错义突变D132N与深色毛表型显著相关，并确定了可用于物种鉴定的固定SNP标记。该研究为理解灵长类物种形成机制和适应性进化提供了重要线索，对濒危物种保护具有重要价值。论文发表于《BMC Ecology and Evolution》。

　　

在生物多样性热点地区苏拉威西岛上，栖息着七种特有的猕猴物种，它们虽源自共同祖先，却在短时间内演化出显著的形态差异，尤其是引人注目的毛色变异。这些猕猴物种呈现从北部的全黑毛色（如黑冠猴Macaca nigra）到南部四肢浅色的渐变模式（如赫氏猴Macaca hecki）。然而令人困惑的是，尽管这些物种间整体遗传差异较小，却保持着明显的物种界限，仅在其分布区交界处存在有限的杂交现象。这种快速物种形成与表型分化的分子机制，以及维持物种完整性的遗传屏障，成为进化生物学研究的重要课题。

日本京都大学等机构的研究团队在《BMC Ecology and Evolution》发表的研究，通过全外显子测序技术揭示了这一现象的遗传基础。研究聚焦于毛色变异这一关键表型特征，提出假说认为色素相关基因的分化可能作为物种识别信号，通过配偶选择阻止种间杂交，从而促进物种形成。研究还探索了这些遗传差异如何影响生物学功能，并鉴定出可用于物种鉴定的分子标记。

研究团队采集了46只圈养猕猴的唾液样本，涵盖五个物种：M. maurus（11只）、M. tonkeana（11只）、M. hecki（9只）、M. nigrescens（6只）和M. nigra（9只）。使用人类外显子捕获试剂盒构建文库，在HiSeq2500平台进行测序，平均覆盖深度>50×。通过GATK流程进行变异检测，采用VCFtools计算群体分化指数F_ST，筛选top 5%高度分化SNP。功能分析采用Gene Ontology（GO）和KEGG富集分析，通过VEP工具预测变异功能效应。

研究首先通过全基因组分化分析发现，不同物种对的平均F_ST值从0.104（M. tonkeana/M. maurus）到0.179（M. nigra/M. nigrescens）不等，显示不同程度的遗传分化。在四个物种对比较中，共鉴定出约550个高度分化基因，这些基因显著富集于细胞粘附、色素形成、信号转导和应激反应等通路。特别值得注意的是，TYR基因在M. nigrescens/M. hecki比较中显示出强烈分化信号，其所在基因组窗口的F_ST值达0.89。

对TYR基因的深入分析发现，其第一外显子存在四个物种特异性SNP，其中错义突变D132N为黑冠猴和黑脊猴所特有。该突变位于酪氨酸酶高度保守的铜离子结合域，可能影响酶活性。种群分化分析显示，M. nigra和M. nigrescens在TYR区域的F_ST仅为0.12，而与其他物种的F_ST达0.89，表明该基因在深色物种中受到强烈选择。另一个色素相关基因LRIT3也发现两个物种特异性错义突变（Y363D和S394P），可能通过调节FGFR1（成纤维细胞生长因子受体1） trafficking影响黑色素合成。

研究还鉴定出大量固定SNP（F_ST=1），其中41.18-45%位于外显子区。特别值得关注的是MC1R（黑素皮质素受体1）基因的四个错义突变，包括可能显著改变蛋白功能的H153P、C267Y和E304G。这些固定SNP可作为可靠的物种特异性分子标记，例如在M. nigra中鉴定出的2,598个固定SNP中，1,114个位于705个基因的外显子区。

这项研究揭示了苏拉威西猕猴物种分化的遗传机制，证实色素相关基因（特别是TYR）的分化可能在维持物种界限中发挥关键作用。高度分化的基因组区域可能通过影响毛色等表型特征，促进正选型交配，从而限制基因流。从应用角度看，鉴定的物种特异性SNP标记为这些濒危物种的保护管理提供了重要工具，可用于监测杂交风险和遗传完整性。该研究不仅增进了对灵长类适应性辐射的理解，也为探讨表型进化与物种形成的分子关联提供了范例。

研究也存在一定局限性，如样本全部来自圈养种群，可能无法完全代表野生群体的遗传多样性。此外，虽然发现了多个可能影响毛色的错义突变，但这些变体的具体功能效应仍需实验验证。未来研究整合野生种群基因组数据和表型测量，将有助于更全面理解自然选择与遗传漂变在物种形成中的相对贡献。