解析定向选择和平衡选择对黑腹果蝇线粒体单倍型进化轨迹的贡献

《Evolution》：Dissecting contributions of directional and balancing selection to trajectories of mitochondrial haplotype evolution in Drosophila melanogaster

　　

摘要

新兴证据表明，线粒体DNA（mtDNA）单倍型对生物体的适应性和局部适应性具有影响，定向热选择以及负频率依赖性选择会塑造单倍型的多样性。然而，这些因素之间的相互作用尚未得到充分研究。我们使用来自澳大利亚不同纬度地区（墨尔本和汤斯维尔）的Drosophila melanogaster种群进行了实验进化研究，让它们分别处于17°C和27°C的不同温度环境中，并研究了这两种在该种群中普遍存在的mtDNA单倍型（A1和B1）的初始频率对它们的影响。我们结合种群遗传学模拟来估计选择压力及其对单倍型演化轨迹的影响。单倍型频率受到温度、初始频率以及核基因组背景（墨尔本、汤斯维尔或混合基因组）等多种因素的共同作用。尽管先前的研究预测在较高温度下A1单倍型应更受青睐，而在较低温度下B1单倍型更占优势，但实际上在两种温度条件下A1单倍型普遍更受青睐。在墨尔本背景下的研究中，模拟结果支持定向选择的机制；而在其他情况下，单倍型动态变化更可以用负频率依赖性的适应性效应来解释。此外，不同核基因组背景下的模式也有差异，这表明可能存在线粒体与核基因组之间的上位性作用。这些发现挑战了简单的mtDNA动态适应模型，表明mtDNA的进化受到温度、频率依赖性、核基因组背景以及实验环境多重因素的共同影响。

实验进化, 线粒体, 适应性, 气候变化, 线粒体-核基因组相互作用, 平衡选择, 定向选择, 负频率依赖性, 热选择