鹦鹉螺类头足动物近期进化：全基因组重测序揭示正选择与脑眼发育特征

《Molecular Biology and Evolution》：Diversity and divergence of two sympatric, sibling octopus species

摘要

鹦鹉螺类头足动物进化出了许多与脊椎动物共有的特征，包括类似相机的眼睛、较大的脑体比以及复杂的行为。大多数关于头足动物的进化研究比较的是数千万到数亿年前分化出来的物种的基因组，但很少有研究从群体遗传学的角度探讨更近期的进化过程。在这里，我们通过全基因组重测序技术，对同域分布的姐妹物种Octopus bimaculatus和Octopus bimaculoides进行了比较性群体基因组分析。尽管这些物种在形态上相似，但它们的生活史、生态习性和地理分布存在显著差异。通过人口统计推断，我们估计这两种物种大约在一百万年前分化，不同方法的点估计范围在40万到130万年前之间；此外，自分化以来O. bimaculatus的有效种群规模始终较大。与这些人口统计特征相符，我们在O. bimaculatus中发现了更强的正选择信号，包括重组率与核苷酸多样性之间的正相关关系、更多的选择性清除事件，以及更高比例的适应性固定突变——这一切都表明在较大种群中自然选择的效率更高。与选择性清除事件相关的蛋白质编码基因在功能上具有丰富性，其中许多功能与大脑和眼睛的发育相关，这表明鹦鹉螺类头足动物的特征在近期仍然受到正选择的影响。通过比较Z染色体与常染色体上的编码序列分化情况，我们还发现了雌性偏好性突变率的证据，这一发现与来自更长时间尺度头足动物比较的研究结果一致。