CGM第535期：基于比较群体基因组学的果蝇环境适应趋同演化研究

当面对相同或相似的环境选择压力时，生物的演化路径是否具有相似性？为探究这一问题，本研究利用两个全球分布的近缘果蝇物种——黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）与拟果蝇（D. simulans），开展了比较群体基因组学研究，旨在系统解析生物响应复杂自然环境的遗传基础，并进一步探究生物环境适应过程中的普适性规律以及演化的可重复性。

本研究首先基于三代测序等技术，对拟果蝇进行了参考基因组的测序与组装。该基因组在完整性、连续性与准确性方面均有显著提升，为后续的群体遗传学分析提供了重要的数据基础。同时，本研究在中国22个省份的58个地点开展了大规模果蝇样本采集，采集并测序了超过800个自然品系的基因组。结合全球已发表的黑腹果蝇与拟果蝇全基因组数据，本研究构建了一个包含超过2000个品系的全球果蝇基因组数据库。

群体基因组学分析表明，尽管两个物种具有相似的全球分布和群体结构，拟果蝇在全球范围内的迁移演化历史发生在更近期。此外，两个物种在群体大小、遗传多样性及基因流等关键的群体遗传学特征上也存在差异，这些因素共同影响着环境适应的过程。

为了全面比较两个物种在全球环境中的适应性演化，本研究采用四种互补的自然选择信号检测方法进行全基因组扫描，量化了不同演化时间尺度及分类水平上的正选择信号。结果显示，尽管受选择基因在物种与群体间存在一定差异，不同方法检测出的受选择基因中约有10%在两个物种中均受选择，并在基因与通路水平上表现出显著趋同。上述结果表明，在面对相似的自然环境时，自然选择倾向于反复作用在相同的基因或通路中，但在遗传变异水平十分罕见。当面对杀虫剂等强选择压力时，适应性趋同的趋势更为明显，并能观察到遗传变异水平的分子平行演化现象。此外，表型实验与全基因组关联分析的结果进一步揭示，两个物种的氧化应激抗性表型具有相似的遗传机制，进一步支持了演化可重复性的观点。

综上所述，本研究构建了一个定量、多尺度的分析框架，系统解析了环境适应中的趋同演化现象，从而为理解适应性演化的可重复性及全球环境变化背景下生物的环境适应机制提供了新的理论视角。