معلومة

هل سبق لنا أن لاحظنا سلالتين من ذرات الفطر طورا العزلة الإنجابية في المختبرات؟

هل سبق لنا أن لاحظنا سلالتين من ذرات الفطر طورا العزلة الإنجابية في المختبرات؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

خلفية

يشير التعريف القياسي للأنواع إلى مفهوم العزلة الإنجابية. إذا تم العثور على سلالتين معزولين بشكل تناسلي ، فإننا نعتبر هذين السلالتين ينتميان إلى نوعين مختلفين. سؤالي يتعلق بالعزلة الإنجابية المتطورة في ذبابة الفاكهة sp. بعد المعامل بسبب التطور التجريبي.

سؤال

هل سبق أن أظهرنا أن اثنين من ذبابة الفاكهة sp. تطورت السلالات التي يمكن أن تتزاوج في البداية (في الطبيعة أو في المختبرات) من خلال الانتقاء الاصطناعي (والانجراف والطفرات) في المختبرات حتى لا تتمكن أخيرًا من التزاوج بعد الآن إما بسبب العزلة قبل الزيجوت أو ما بعد الزيجوت (انظر ويكي)؟ أو بعبارة أخرى ، هل سبق لنا أن أثبتنا أن سلالتين من ذرات الفلسفة تطورت لتصبحا نوعين مختلفين (تعريف العزلة الإنجابية) في التجارب المعملية؟

إذا لم يكن الأمر كذلك ، فهل لاحظنا من قبل بعض العزلة الإنجابية الجزئية مثل اكتئاب زواج الأقارب على سبيل المثال؟


ملاحظة: هذا السؤال مدفوع منLotusBiology التي لم تستطع تلقي الإجابات التي كانت تنتظرها لأنه فشل في طرح الأسئلة التي يمكن الإجابة عليها! لذلك أردت أن أطرح هذا السؤال الذي يعالج بطريقة ما هذا السؤال الذي طرحه (الآن قيد الانتظار)

لمزيد من المعلومات حول مفهوم الأنواع ، يرجى إلقاء نظرة على كيف يمكن للبشر أن يتكاثروا مع إنسان نياندرتال إذا كنا نوعًا مختلفًا؟


الأرز والملح $ 1 $ تكاثر ذباب الفاكهة لمدة 35 جيلًا ومن سلالة واحدة من الذباب ، تم عزل مجموعتين عن بعضهما البعض للتكاثر. لم يتمكنوا من التزاوج لأنهم لم يعودوا يتكاثرون في نفس البيئة. اعتمادًا على تعريف المرء لـ "الأنواع" يمكن أن تكون هذه حالة انتواع اصطناعي.

$ ^ 1 $ Rice WR، Salt GW (1988) ، الانتواع عن طريق الانتقاء التخريبي على تفضيل الموطن: دليل تجريبي "The American Naturalist 131 (6): 911-917.


ستكون تجارب ديان دود على ذبابة الفاكهة الزائفة مثالًا آخر على الانتواع المعتمد على المختبر.

http://www.jstor.org/stable/2409365؟__redirected

للتلخيص - تم تطوير أربعة مجموعات تتكيف كل منها مع التغذية على نظام غذائي قائم على النشا ونظام غذائي قائم على المالتوز في المختبر لاختبار التأثيرات على تفضيلات التزاوج ؛ مقارنةً بما هو متوقع بواسطة اختبارات مربع كاي ، أظهر 11 من 16 مجموعة عزلة أكبر مما كان متوقعًا بالصدفة - دليل قوي على التزاوج المتنوع.

يوجد رابط بديل لملف PDF للورقة هنا http://www.sulfide-life.info/mtobler/images/stories/readings/dodd٪201989٪20evolution.pdf


المرجعي:

دود ، ديان م.ب. (سبتمبر 1989). "العزلة الإنجابية نتيجة الاختلاف التكيفي في ذبابة الفاكهة الزائفة". تطور 43 (6): 1308-1311. دوى: 10.2307 / 2409365.


العزلة الإنجابية

اختيار موحد (تحديد ترتيب الطفرات)

قد تتطور العزلة الإنجابية أيضًا أثناء عملية الانتواع بترتيب الطفرات ، والتي تُعرَّف على أنها تطور العزلة الإنجابية عن طريق تثبيت طفرات مفيدة مختلفة في مجموعات سكانية منفصلة تعاني من ضغوط اختيار مماثلة ، أي الانتقاء المنتظم. في جوهرها ، تجد مجموعات سكانية مختلفة حلولًا وراثية مختلفة لنفس المشكلة الانتقائية. في المقابل ، فإن الحلول الجينية المختلفة (أي الطفرات) غير متوافقة مع بعضها البعض ، مما يتسبب في العزلة الإنجابية. أثناء الانتواع البيئي ، يتم تفضيل الأليلات المختلفة بين مجموعتين. على النقيض من ذلك ، أثناء انتواع الطفرات ، يتم تفضيل الأليلات نفسها في كلا المجموعتين ، لكن الاختلاف يحدث على أي حال لأن السكان ، بالصدفة ، لا يكتسبون نفس الطفرات أو يصلحونهم بنفس الترتيب. وبالتالي ، فإن الاختلاف هو العشوائية ، ولكن العملية تنطوي على الاختيار ، وبالتالي فهي تختلف عن الانجراف الجيني العشوائي. يمكن أن يكون الانتقاء مبنيًا على البيئة في ظل انتواع الطفرات ، لكن علم البيئة لا يفضل الاختلاف على هذا النحو ، ولا يُتوقع وجود ارتباط بين الاختلاف البيئي والعزلة الإنجابية. كيف يمكن أن ينشأ انتواع من أجل الطفرات؟ قد يتسبب الانتقاء الجنسي في حدوث طفرات جديدة إذا تطورت العزلة الإنجابية عن طريق تثبيت الطفرات المفيدة البديلة في مجموعات سكانية مختلفة تعيش في بيئات بيئية مماثلة.


فورفورال

السمية الجينية

تم اختبار Furfural سلبيًا في ذبابة الفاكهة مقايسة الانتقال الوراثي وفي سلالات متعددة من السالمونيلا اختبارات الطفرات العكسية باستثناء إيجابية طفيفة مع TA100. ومع ذلك ، تم الإبلاغ عن نتائج إيجابية في عدة في المختبر المقايسات مع خلايا الثدييات في غياب المنشطات الأيضية. وتشمل هذه الطفرة الجينية ثيميدين كيناز في سرطان الغدد الليمفاوية في الفئران ، والانحرافات الصبغية في خلايا مبيض الهامستر الصيني وخلايا V79 ، وتلف ألياف المغزل في خلايا الدم البشرية المستزرعة. تم العثور على Furfural للحث على كسر في DNA العجل الغدة الصعترية في المختبر من خلال التفاعل بشكل أساسي مع أزواج قاعدة الأدينين والثيمين. بالإضافة إلى ذلك ، يتسبب فورفورال في تلف الحمض النووي غير المحدد في اختبار إعادة الفحص مع العصوية الرقيقة وتبادل الكروماتيدات الشقيقة (SCE) في الخلايا الليمفاوية البشرية في غياب التنشيط الأيضي.

في الجسم الحي، الحقن داخل الصفاق لم ينتج عنه انحرافات صبغية و SCE في خلايا نخاع عظم الفأر. لكن، راس تم العثور على تنشيط الجينات الورمية في أورام الكبد في الفئران B6C3F1 المعالجة بالفورفورال.


النتائج

تحدد شاشة EST التطورية الجينات التناسلية الأنثوية المرشحة:

قمنا ببناء مكتبة (كدنا) من تشريحها D. simulans المسالك التناسلية الأنثوية ناقص المبايض. تم استبعاد المبايض لأنها تعبر عن مجموعة متنوعة من النصوص المهمة للتطور الجنيني ، وكنا نرغب في إثراء مكتبة (كدنا) لدينا للجزيئات المرشحة المعبر عنها في الظهارة الإنجابية أو التي تفرز منها. أجرينا شاشة التهجين التفاضلي لمكتبة (كدنا) الخاصة بنا مع 32 (كدنا) التي تحمل علامة P مصنوعة من ذكر بالغ كامل D. simulans. تم اختيار الحيوانات المستنسخة المنخفضة وغير المهجنة لمزيد من التحليل لإثراء مجموعة ESTs لتحليلها لأولئك الذين لديهم تعبير سائد في المسالك التناسلية للإناث (على الرغم من أن النصوص المعبر عنها بمستويات منخفضة في كلا الجنسين لا تزال موجودة). من المهم ملاحظة احتمال أن ليست كل البروتينات المهمة في التكاثر خاصة بالمرأة أو مخصبة. على هذا النحو ، قد يكون نهجنا قد كشف عن بعض الجينات غير الخاصة بالجنس والتي تتفاعل منتجاتها ، في الإناث ، مع بروتينات الذكور. ومع ذلك ، فإن الحاجة إلى فحص الجزيئات العامة الوفيرة مثل الأكتين والتوبولين وما إلى ذلك ، جعلت من الضروري تضمين هذه الخطوة في شاشتنا. اخترنا 960 استنساخًا للتسلسل. من بين هؤلاء ، تمكنا من الحصول على قراءات تسلسلية لـ & # x0003e100 bp لـ 908 نسخة. تم استخدام هذه لمزيد من التحليلات.

908 ESTs تقابل 526 جينًا مستقلًا. ركزنا على الجينات التي يُتوقع أن تقوم بتشفير الجزيئات خارج الخلية أو سطح الخلية ، حيث من المحتمل أن تكون مستقبلات أو شركاء ربط لـ Acps أو الحيوانات المنوية أو تشارك في عمليات خارج الخلية مستقلة عن الذكور. استخدمنا نهج المعلوماتية الحيوية لتحديد الجينات التي تشفر البروتينات مع تسلسل إشارة إفرازي متوقع و / أو مجالات عبر الغشاء. يعتمد تحديد تتابع الإشارة على التنبؤ الصحيح لأول إكسون للتشفير. نظرًا لأنه من الصعب التنبؤ بالإكسونات الأولية (D avuluri وآخرون. 2001) وبعض البروتينات لها إشارات إفرازية داخلية ، قمنا أيضًا بتضمين الجينات التي تحتوي على منطقة أو أكثر من مناطق الغشاء المتنبأ بها. خمسة وثلاثون بروتينًا مشفرًا مع تسلسل إشارة متوقع ومجال عبر الغشاء ، 75 يحتوي فقط على تسلسل إشارة متنبأ به ، و 59 قد تنبأ بمجالات الغشاء ولكن لا يوجد تسلسل إشارة متوقع.

يُظهر العديد من البروتينات التناسلية الذكرية التوقيع الجزيئي للتطور التكيفي ، وستتنبأ العديد من الفرضيات التي تفسر هذا التطور السريع بنمط مماثل للبروتينات الأنثوية التي تتفاعل معها. وبالتالي قمنا بدمج المعلومات التطورية في شاشتنا من خلال اشتقاق ESTs من D. simulans، مما يسمح بمقارنتها بأطباء تقويم العظام المفترضين في النهاية D. melanogaster الجينوم. ثم حسبنا معدل المرادف (صامت ، دس) والاستبدال غير المرادف (تغييرات استبدال الأحماض الأمينية ، دن) باستخدام طرق الاحتمال الأقصى (G oldman and Y ang 1994). المتوسط دن/دس نسبة 461 ESTs لترميز البروتين هي 0.15 & # x000b1 0.25 (بمتوسط دن يجري 0.013 و دس يجري 0.091).

توقيع التطور التكيفي هو أ دن/دس تتجاوز النسبة 1 بشكل كبير ، حيث من المتوقع أن تكون هناك أعداد متساوية من الاستبدالات غير المترادفة وغير المترادفة ، والتي تم تطبيعها مع عدد التغييرات المحتملة غير المرادفة وغير المرادفة في الجين ، في ظل الحياد الصارم. ومع ذلك ، فإن هدفنا هنا هو استخدام شاشة الجينوم لتحديد الجينات المرشحة التي تعرضت لانتقاء إيجابي ، ربما في مجموعة فرعية صغيرة فقط من أكوادها. على سبيل المثال ، بروتينات غلاف بيض الثدييات (بروتينات ZP) لها إجمالي دنس نسبة & # x0223c0.5 ، ولكن بناءً على تحليل مفصل يتضمن التباين في دنس النسبة بين المواقع باستخدام أقصى احتمال (Y ang وآخرون. 2000) يمكن إثبات أن هذه الجينات تخضع لانتقاء إيجابي (S wanson وآخرون. 2001b) مع فئة من الكودونات لها أ دنس نسبة & # x0003e 1. لذلك قمنا بمسح الأدبيات الخاصة بالمقالات التي تستخدم طريقة Y ang وآخرون. (2000) لاكتشاف التطور التكيفي من خلال تحليل التباين في دنس النسبة بين المواقع. لقد رسمنا نسبة الجينات مع دليل على الاختيار الإيجابي فيما يتعلق بها بشكل عام دنس النسبة في الشكل 1. في دنس نسبة & # x0003e0.5 ، 19 من 20 جينًا تم تحليلها أظهرت دليلًا إحصائيًا للتطور التكيفي ، مما يشير إلى أن هذا قد يكون قيمة معقولة لتحديد الجينات المرشحة التي ربما تكون قد تعرضت للتطور التكيفي. الجينات في الشكل 1 التي تقع بين أ دنس تتضمن نسبة 0.3 & # x020130.5 أيضًا نسبة عالية تُظهر دليلًا إحصائيًا للتطور التكيفي عند الفحص الدقيق & # x0003b ، ومع ذلك ، قد يتم تمثيلها بشكل مفرط في تحليلاتنا بسبب عدم وجود تقارير تفصيلية عن النتائج السلبية (وبالتالي لم يتم تضمينها في تحليلنا). تتوفر الجينات والمراجع والمعلومات الموجزة كمواد تكميلية عبر الإنترنت على http://www.genetics.org/supplemental/ لـ 70 جينًا تم تحليلها في الشكل 1. على الرغم من أن 25 ٪ فقط من 70 جينًا تم الإبلاغ عنها فشلت في إظهار دليل إحصائي للتطور التكيفي في تحليل PAML اللاحق ، فإن نسبة الجينات الخاضعة للاختيار الإيجابي مبالغ فيها بالتأكيد بسبب نقص التقارير التي فشلت في اكتشاف التطور التكيفي. ومع ذلك ، فإن الجينات ذات إجمالي دنس نسبة & # x0003e0.5 أكثر عرضة للتطور التكيفي وبالتالي فهي مرشحة جيدة لمزيد من الدراسة. في شاشة EST الخاصة بنا ، 27 من إجمالي 461 جينًا لترميز البروتين دنس النسب & # x0003e0.5 (الشكل 2) ، بما في ذلك ثمانية من بروتينات المستقبل المرشحة (تحتوي على متواليات الإشارة و / أو مناطق الغشاء & # x0003b الجدول 1).

تحليل 70 جينًا ، من المقالات البحثية المنشورة حول اكتشاف التطور التكيفي عن طريق تحليل التباين في دن/دس النسبة بين المواقع بطريقة Y ang وآخرون. (2000). يمكن العثور على معلومات ومراجع إضافية كمواد تكميلية عبر الإنترنت على http://www.genetics.org/supplemental/.

قطعة دن مقابل دس لـ 461 D. simulans ESTs التي تطابق مناطق ترميز البروتين في D. melanogaster الجينات. الخط الصلب هو التوقع المحايد دن/دس = 1. الخط المتقطع هو قطع دن/دس = 0.5 تستخدم لتحديد الجينات المرشحة التي ربما تعرضت لانتقاء إيجابي.

الجدول 1

تصنيف ESTs على أساس التحليلات التطورية والمعلوماتية الحيوية

تصنيفرقم الجيناترقم الأقراص المدمجةدسدندن/دسرقم مع
دن/دس & # x0003e 0.5
SS و TM& # x000a035& # x000a0310.1020.0090.14& # x000a01
SS& # x000a075& # x000a0700.1110.0230.23& # x000a05
TM& # x000a059& # x000a0510.0990.0150.13& # x000a02
جميع المرشحين مجتمعين1691520.1050.0170.17& # x000a08
غير المرشحين3573090.0840.0110.1419
الجميع5264610.0910.0130.1527

SS ، تسلسل الإشارة & # x0003b TM ، منطقة الغشاء & # x0003b جميع المرشحين مجتمعين ، أولئك الذين لديهم نطاقات SS و / أو TM & # x0003b غير المرشحين ، يفتقرون إلى مجالات TM و / أو SS & # x0003b جميع الجينات المحددة في شاشة EST & # x0003b No. cds ، وهو عدد ESTs التي تحتوي على تسلسل ترميز البروتين.

توقعت بعض الجينات التي تم تحديدها بواسطة نهج EST التطوري للجهاز التناسلي الأنثوي تسلسلات ORF المتوافقة مع الوظائف المحتملة لبروتينات ذبابة الفاكهة الإنجابية. تم العثور على ستة عشر ببتيدازات متوقعة وثمانية مثبطات بروتياز متوقعة. يخضع ما لا يقل عن اثنين من بروتينات السائل المنوي من ذكور ذبابة الفاكهة التي يتم نقلها إلى الإناث لانقسام بروتيني (M onsma وآخرون. 1990 & # x0003b ب إرترام وآخرون. 1996) ، وفي حالة واحدة على الأقل ، يعتمد هذا الانقسام على مساهمات من الأنثى وكذلك الذكر (P ark and Wolfner 1995). على الرغم من أن طبيعة مساهمة الإناث غير معروفة ، إلا أنها قد تتضمن البروتياز (للانقسام) ومثبطات الأنزيم البروتيني (لحصر الانقسام في المواقع المناسبة في البروتين) مثل تلك المتوقعة المحددة هنا. بالإضافة إلى ذلك ، هناك 47 بروتينًا مختلفًا مع نشاط ناقل مفترض و 11 جينًا مختلفًا لمحوّل الإشارة المفترضة التي يمكن أن تشارك في تنظيم فسيولوجيا الأنثى المتزاوجة (الجدول 2). على سبيل المثال ، تم الافتراض أن الناقل يحرك Acp70a (الببتيد الجنسي) من الجهاز التناسلي إلى الدملمف ، حيث يربط المستقبلات في الجهاز العصبي للإناث (D ing). وآخرون. 2003). أخيرًا ، هناك العديد من الجينات التي يُتوقع أن تشارك في الدفاع أو المناعة. هؤلاء المرشحون جميعهم أهداف رئيسية للتحليلات الوظيفية. ملخص للوظائف الجزيئية بناءً على تصنيف علم الجينات (A shburner وآخرون. 2000) في الجدول 2. يمكن العثور على تفاصيل جميع الجينات المحددة في شاشتنا كمواد تكميلية عبر الإنترنت على http://www.genetics.org/supplemental/.

الجدول 2

وظائف علم الوجود الجيني

الوظيفة الجزيئيةرقم من 526
جينات مستقلة
غير مصنف184
النشاط التحفيزي148
ربط& # x000a095
نشاط النقل& # x000a047
جزيء بنيوي& # x000a042
منظم الانزيم& # x000a020
منظم النسخ& # x000a017
محول الإشارة& # x000a011
منظم الترجمة& # x000a0 & # x000a09
نشاط كوصي& # x000a0 & # x000a09
النشاط المضاد للأكسدة& # x000a0 & # x000a04
النشاط الحركي& # x000a0 & # x000a03
بروتين الدفاع / المناعة& # x000a0 & # x000a02
مجهول& # x000a0 & # x000a02
التصاق الخلية& # x000a0 & # x000a01
منظم موت الخلايا المبرمج& # x000a0 & # x000a01
علامات البروتين& # x000a0 & # x000a01

تُظهر دراسات الاختلاف وتعدد الأشكال التطور التكيفي:

نهج EST التطوري المستخدم هنا (عزل ESTs من كائن حي واحد ومقارنة الجينوم المكتمل لأقرب قريب & # x0003b S wanson وآخرون. 2001a) إلى تحديد الجينات المرشحة لمزيد من الاختبارات للتطور التكيفي. يحتاج كل توقع فردي للتطور التكيفي إلى التحقق منه بشكل مستقل. لاختبار ما إذا كان أي من الجينات المرشحة المحددة هنا قد تعرض بالفعل لانتقاء إيجابي ، أجرينا مسحًا لتعدد الأشكال لتسعة من الجينات من D. melanogaster و D. simulans خطوط إناث معزولة من ولاية ماريلاند (الجدول 3) وتحليلات الاختلاف على خمسة من نفس الجينات في خمسة إلى ثمانية أنواع من ذبابة الفاكهة (الجدول 4). تم اختيار الجينات على أساس التوطين المتوقع خارج الخلية للبروتين الذي تقوم بتشفيره و / أو بشكل عام دنس النسبة & # x0003e0.5. بالنسبة لمسح تعدد الأشكال ، قمنا بتحليل الطيف الترددي (بمعنى آخر.، تحليل نسبة الأليلات عند الارتفاع ضد. الترددات المنخفضة) لتعدد الأشكال للخروج عن التوقعات المحايدة للتوازن (A quadro 1997). على وجه الخصوص ، قمنا بتحليل وجود فائض من الأليلات النادرة (بمعنى آخر.، مفردات & # x0003b T ajima 1989 & # x0003b F u و L i 1993) أو فائض من تعدد الأشكال المشتق عالي التردد (F ay و W u 2000). يمكن أن يكون أي من النموذجين ناتجًا عن اكتساح انتقائي حديث أو عن عنق زجاجة سكاني. لتعظيم قوة اختباراتنا الإحصائية ، ركزنا تحليلاتنا على مناطق intron ، والتي يجب أن تزيد من التباين داخل الأنواع وفيما بينها في ظل الحياد. استبعدنا أي آثار مربكة على مستوى الجينوم ، مثل التركيبة السكانية (على سبيل المثال، عنق الزجاجة السكانية) ، على هذه الإحصائيات ، نظرًا لأن ثلاثة مواضع (الجدول 3) ودراسات إضافية غير منشورة لهذه العينات (C.F A quadro ، نتائج غير منشورة) تتوافق مع التوقعات المحايدة للتوازن. أجرينا مسوحات تعدد الأشكال لتسعة مواضع ووجدنا دليلاً على عمليات مسح انتقائية في ستة من هذه المواقع (الجدول 3) ، مما يشير إلى الإجراء الأخير للاختيار الإيجابي في هذه الجينات أو بالقرب منها. يتم تعزيز نتائجنا من خلال إيجاد دليل على أحداث انتقائية حديثة باستخدام إحصائيات متعددة تستخدم مناطق مختلفة من الطيف الترددي (بمعنى آخر.عالية ومنخفضة التردد). تشمل الجينات الخاضعة للاختيار الإيجابي من خلال هذا التحليل اثنين من البروتياز المفترض ، ومستقبل عبر الغشاء متوقع ، وثلاثة جينات ذات وظيفة غير معروفة.

الجدول 3

يحدد مسح تعدد الأشكال الانتقاء الإيجابي في العديد من الجينات المرشحة

D. melanogasterD. simulans
الجينبي بيوظيفة GOest
دن/دس
المنطقن& # x003c0تاج. دF & # x00026L دF & # x00026W حن& # x003c0تاج. دF & # x00026L دF & # x00026W ح
سي جي 16705822البروتياز0.30SS270.0070.10.5& # x022120.4110.0110.00.5& # x022122.1
سي جي 17108731مجهول0.36SS310.002& # x022121.6 *& # x022123.0 *0.8& # x000a090.004& # x022121.9 *& # x022120.3& # x022127.0 *
سي جي 4928750مستقبلات TM0.03TM340.002& # x022121.30.2& # x022124.1 *& # x000a060.013& # x022120.7& # x022124.3 *& # x022120.1
سي جي 10200716مجهول1.26SS ، دن/دس230.010& # x022121.9 *& # x022122.9 *& # x022124.4& # x000a050.0080.3& # x022120.11.0
سي جي 16707830مجهول1.38SS ، TM ، دن/دس190.003& # x022121.7 *& # x022123.3 *1.2& # x000a050.004& # x022121.2 *& # x022120.1& # x022122.7 *
سي جي 7415859البروتياز0.05وظيفة190.001& # x022121.8 *& # x022122.2 *0.6& # x000a080.007& # x022120.7& # x022121.3& # x022120.34
سي جي 8827753البروتياز0.03SS340.0080.61.30.9120.019& # x022120.30.23.2
سي جي 11390793الناقل يجند0.04SS250.007& # x022120.4& # x022121.20.4& # x000a090.005& # x022120.2& # x022120.91.1
سي جي 3066788البروتياز0.17SS ، TM130.007& # x022120.3& # x022120.3& # x022124.2 *110.0130.20.03.1

bp ، عدد أزواج القواعد المتسلسلة & # x0003b GO وظيفة ، وظيفة الأنطولوجيا الجينية (A shburner وآخرون. 2000) & # x0003b EST دن/دس, دن/دس النسبة من شاشة EST & # x0003b ن، عدد الأفراد المتسلسل & # x0003b & # x003c0 ، تنوع النيوكليوتيدات & # x0003b تاج. د، تاجيما د، F & # x00026L د، فو ولي د مع المجموعة الخارجية & # x0003b F & # x00026W ح، فاي وو ح. *ص & # x0003c 0.05. يوضح الأساس المنطقي سبب فحص الجين: SS ، تسلسل الإشارة & # x0003b TM ، الغشاء & # x0003b دن/دس, دن/دس & # x0003e 0.5 & # x0003b و / أو الوظيفة ، الوظيفة المتوقعة.

الجدول 4

الكشف عن الاختيار الإيجابي عن طريق تحليل الاحتمالية القصوى

م 0 ضد. م 3 م 7 ضد. م 8
الجينوظيفة GOصنفدن/دسصس& # x003c9صس& # x003c9م 8 ضد. M8A:
احتمالا
سي جي 4928مستقبلات TMere ، eug ، lut ، mel ، pse ، sim ، tei0.00.06**0.240.370.0& # x02014
سي جي 10200مجهولere ، eug ، mel ، sim ، tei ، yak0.40.20***1.460.061.80.34
سي جي 16707مجهولإيري ، ميل ، سيم ، تي ، ياك0.50.09**5.50.09*5.5& # x0003c0.01
سي جي 7415البروتيازإيري ، لوت ، ميل ، سيم ، تي ، ياك0.10.01***1.20.140.3& # x02014
سي جي 3066البروتيازere ، eug ، lut ، mel ، pse ، sim ، tei ، yak0.10.04***1.80.03*2.0& # x0003c0.05

وظيفة GO ، علم الوجود الجيني (A shburner وآخرون. 2000) وظيفة & # x0003b الأنواع ، الأنواع من المجموعة D. منتصب (هنا) ، D. eugracilis (eug) ، D. lutescens (لوت) ، D. melanogaster (ميل) ، D. pseudoobscura (بسي) ، D. simulans (سيم) ، د. تيسيري (tei) و د. ياكوبا (الياك) & # x0003b دن/دس، تقدير دن/دس بافتراض عدم تجانس المعدل & # x0003b M0 ضد. تقديرات المعلمات M3 ، M3 لـ دنس في أعلى فئة موقع (& # x003c9) ونسبة المواقع (صس) يُقدر أنه ينتمي إلى تلك الفئة & # x0003b M7 ضد. M8 ، M8 تقدير المعلمة الحرة دنس (& # x003c9) ونسبة المواقع (صس) يُقدر أنه ينتمي إلى تلك الفئة & # x0003b M8 ضد. M8A: الاحتمال ، الاحتمال أن دنس في النموذج 8 بشكل ملحوظ & # x0003e1. *ص & # x0003c 0.05 & # x0003b **ص & # x0003c 0.01 & # x0003b ***ص & # x0003c 0.001.

بالنسبة لدراسات الاختلاف ، قمنا بالتسلسل من عدة أنواع إضافية من ذبابة الفاكهة ، خمسة من الجينات التي تم تحديدها من تحليل تعدد الأشكال لدينا كدليل على اكتساح انتقائي حديث في D. melanogaster و / أو D. simulans. ثم قمنا بتحليل بيانات التسلسل باستخدام طرق الاحتمال الأقصى (N ielsen و Y ang 1998 & # x0003b Y ang وآخرون. 2000) لاكتشاف الاختلاف في دن/دس النسبة بين المواقع. لم يتم إجراء تحليلات الاختلاف على CG17108 بسبب استخدام الأحماض الأمينية المتحيزة واستخدام الكودون المرئي في هذا الجين ، مما قد يؤدي إلى حدوث أخطاء في تقديرات المعلمات باستخدام نماذج الكودون. في حين أن الاختبارات القائمة على تعدد الأشكال قادرة على اكتشاف الانتقاء الحديث في نوع واحد ، يمكن لتحليلات الاختلاف اكتشاف حلقات متكررة من الاختيار الإيجابي على نفس الكودونات في عدة أنواع. تشير نتيجة مهمة باستخدام هذه الأساليب الأخيرة إلى أن مجموعة فرعية من الكودونات في الجين قد تعرضت لانتقاء إيجابي في عدة أنواع. نجد دليل الاختلاف في دن/دس النسبة لجميع الجينات الخمسة باستخدام النموذج المنفصل M3. أربعة من هذه الجينات لها فئة من المواقع بها دن/دس & # x0003e 1. لا تزال هذه الجينات الأربعة تعتبر مرشحة فقط للتطور التكيفي منذ استخدام نموذج منفصل مع ثلاث فئات من دن/دس النسب مقارنة بمتوسط ​​عام واحد دن/دس النسبة ليست اختبارًا قويًا للتطور التكيفي (S wanson وآخرون. 2001b) ويجب اعتباره مجرد اختبار للمتغير دن/دس النسب بين المواقع. استخدام اختبار أكثر دقة مع توزيع تجريبي لـ دن/دس بالنسبة إلى & # x0201cneutral & # x0201d أو الكودونات المقيدة وظيفيًا التي تغطي الفاصل الزمني 0 & # x020131 ، نجد دليلًا على الاختيار الإيجابي الذي يعمل على مجموعة فرعية من الكودونات لاثنين من الجينات الخمسة التي تمت دراستها (الجدول 4). في كلتا الحالتين المواقع في هذه الفئة الإضافية لديها دن/دس النسب بشكل ملحوظ & # x0003e1 ، نظرًا لأن النموذج (M8) مع فئة إضافية مقدرة بحرية أفضل بكثير من النموذج حيث تحتوي الفئة الإضافية على دن/دس نسبة ثابتة عند 1 (M8A & # x0003b الجدول 4). أحد الجينات (CG3066) هو بروتين سيرين متنبأ به يشبه التربسين. تكمن العديد من الكودونات التي يُستنتج أنها تخضع للاختيار الإيجابي في هذا الجين ضمن المجال التحفيزي للتريبسين المتوقع. علاوة على ذلك ، تكمن العديد من الكودونات المختارة افتراضيًا في مجال المقطع المتوقع ، والذي قد يكون متورطًا في تفاعلات البروتين البروتين (J iang and K anost 2000). لا ينتمي الجين الثاني (CG16707) إلى أي فئة وظيفية متوقعة.


اكتشاف الكريستال النجمي النظام والتنظيم الهيكلي

ال الكريستال النجمي تم اكتشاف النظام الجيني من خلال دراسة الخصيتين D. melanogaster الذكور الذين لديهم كروموسوم Y مفقود (X / 0) باستخدام الفحص المجهري الطوري. تم العثور على مجاميع بلورية على شكل نجمة وشبه إبرة في نوى وسيتوبلازم الخلايا المنوية الأولية في هذه الخصيتين (ماير وآخرون ، 1961). تبين لاحقًا أن خصيتين ذكور X / 0 أظهرتا أيضًا عيوبًا في تكثيف وفصل الكروموسومات الانتصافية ، مثل عدم انفصال الكروموسوم المتكرر ، وكان ذكور X / 0 عقيمين (Lifschytz and Hareven ، 1977 Hardy et al. ، 1984).

الآن ثبت أن ملف الكريستال النجمي يحتوي النظام الجيني على العديد من خرائط المواقع المتفاعلة مع الكروموسومات X و Y. كروموسوم Y لـ D. melanogaster متغاير اللون تمامًا ولا يحتوي إلا على عدد قليل من الجينات ، المسؤولة بشكل أساسي عن خصوبة الذكور (Charlesworth، 2001 Hoskins et al.، 2002 Chang and Larracuente، 2019). أول موضع مكشوف لـ الكريستال النجمي تم تعيين النظام إلى المنطقة h11 من خريطة الطور الانقسامي للكروموسوم Y. وجد أن فقدان هذا الموضع أو حتى حذفه الجزئي كافٍ لتراكم البلورات في الخلايا المنوية (هاردي وآخرون ، 1984). وهكذا ، تم تسمية المكان كريستال (صرخة)، ولكن تم تغيير اسمها لاحقًا إلى القامع النجمي [سو (Ste)] (هاردي وآخرون ، 1984). جنبا إلى جنب مع توليد المجاميع البلورية في خصيتين الذكور مع نقص في بكاء مكان (X / Y بكاء 1) ، عيوب مماثلة في تكثيف الكروموسوم والفصل مع X / 0 تم العثور على خصيتين ذكور (Palumbo et al. ، 1994).

مكونات النظام تشمل اثنين نجمي (Ste) loci ، أحدها موجود في تحديد الموقع الخلوي متماثل اللون 12E1-2 للكروموسوم X ، في حين أن الآخر يتم تعيينه على الكروموسوم المغاير المحيط بالكروموسوم X (المنطقة h26 من خريطة الطور الانقسام الخيطي) (هاردي وآخرون ، 1984 ليفاك ، 1984 بالومبو وآخرون ، 1994 Tulin et al. ، 1997). كشف التحليل الجزيئي أن كريستال و النجمية تتكون المواضع من متواليات متكررة متماثلة ومتكررة (Livak ، 1984 ، الشكل 1). شدة الشذوذ الانتصافي ، وفرة وشكل البلورات في بكاء 1 لقد ثبت أن الخصيتين تعتمدان على سانت أليل (ليفاك ، 1984 بالومبو وآخرون ، 1994). النسخة المنخفضة سانت + يحتوي الأليل على عدد صغير من النجمية يتكرر (15 & # x0201350 نسخة) ويؤدي فقط إلى ظهور تكتلات صغيرة تشبه الإبرة ، واضطرابات انتصافية ضعيفة ، وانخفاض خصوبة الذكور ، في حين أن النسخة المرتفعة سانت يؤدي الأليل (150 & # x02013400 نسخة) إلى تكوين العديد من البلورات ، المرئية تحت تباين الطور ككيانات على شكل نجمة ، وعيوب انتصافية شديدة وعقم كامل. تم العثور على عدم انفصال الكروموسومات XY- والكروموسومات الثانية ، والكروماتين المجزأ ، وجسور الكروماتين من بين عيوب الانقسام الاختزالي الجوهرية في الخصيتين. بكاء 1 ذكور. ومع ذلك ، في السلالات الطبيعية والمختبرية التي تم فحصها من D. melanogaster، ال سانت+ الأليلات تسود بشكل كبير على سانت تلك (بالومبو وآخرون ، 1994). وترتبط شدة عيوب الخصوبة عند الذكور ودرجة الاضطرابات الانتصافية بعدد النجمية نسخ ومستقلة عن نسبة متغاير اللون وغير متجانس النجمية يعيد. تعتبر حدود الخصوبة 50 & # x0201360 النجمية نسخ وجود المزيد من النسخ في الجينوم يؤدي إلى عقم كامل عند الذكور (Palumbo et al. ، 1994). النجمية يتم التعبير عن الجينات في خصيتي بكاء 1 ذكور 750 nt نصوص متعددة الأدينيلات (ليفاك ، 1990) ، وتتناسب وفرتها مع عدد التكرارات في كليهما النجمية loci (بالومبو وآخرون ، 1994). في ال بكاء 1 الخصيتين النجمية تتم ترجمة النصوص من كلا الموقعين لتوليد بروتينات صغيرة تبلغ حوالي 17 & # x0201318 كيلو دالتون ، والتي لها تماثل مع الوحدة الفرعية التنظيمية & # x003b2 لبروتين كيناز CK2 ، CK2 & # x003b2 (Livak، 1990 Bozzetti et al.، 1995 Egorova et al.، 2009 Olenkina et al.، 2012b). تمتلك البروتينات النجمية ، منتجات المجموعات غير المتجانسة واللونية ، تجانسًا عاليًا داخل الكتلة ، مع وجود اختلافات طفيفة في تسلسل الأحماض الأمينية فيما بينها وحركية كهربائية مختلفة قليلاً (Olenkina et al. ، 2012b). مناعة بكاء تكشف الخصيتين 1 مع الأجسام المضادة للنجوم أن Stellate هو المكون الرئيسي أو الوحيد للركام البلوري (Bozzetti et al. ، 1995 Egorova et al. ، 2009 ، الأشكال 2A ، D). في الذباب البري ، النجمية يتم قمع التعبير الجيني بشدة ولم يتم الكشف عن أي بروتينات نجمية (الشكل 2 ب).

المخطط العام لـ النجمية و سو (Ste) يعيد. يُشار إلى المروجين بواسطة شريط أزرق اللون ، ويتم تصوير الإنترونات بخطوط خضراء ، ويتم تصوير الفواصل الجينية بخطوط رمادية. النجمية يحتوي الجين على ORF (شريط بني اللون) واثنين من introns (خطوط خضراء). فرد سو (Ste) كرر يحمل المنطقة متجانسة إلى النجمية ORF (شريط اللون البني) ، المنطقة الخاصة بـ Y (الشريط البرتقالي) وإدخال المعيب هوبل ينقلب (شريط بنفسجي) محاط بتكرارات مقلوبة (غير معروضة) في المروج. بدء مواقع نسخ المعنى من النجوم و سو (Ste) وبدايات متعددة لمضادات المعنى سو (Ste) النسخ داخل جسم هوبل يشار إليها بالسهام السوداء [معدلة من Aravin et al. (2001)].

توزيع البروتين النجمي منزوع الضغط في الخصيتين D. melanogaster. (A & # x02013C) شرائح متحد البؤر الداخلية لإعداد الخصية الملطخة بكاء 1 ذكور (أ ، ج) والتحكم من النوع البري (ب). كانت الخصيتين ملطختين بالضوء المناعي بأجسام مضادة للنجوم (خضراء) ومضادة للصفائح (حمراء) ، وكان الكروماتين ملطخًا بـ DAPI (سماوي). يشير التلوين المضاد للرقائق إلى موضع الغشاء النووي. (أ ، ج) تنتشر الإشارات النجمية في النوى (الأسهم في A) والتجمعات النجمية البلورية الشبيهة بالإبرة والتي تشبه النقاط بشكل رئيسي في السيتوبلازم في الخلايا المنوية لـ بكاء 1 ذكور. (ج) نوى الخلايا المنوية الناضجة. (د) إعادة الإعمار ثلاثي الأبعاد لإعداد الخصية الملطخة بكاء 1 ذكور. (A & # x02013C) مستنسخة من الشكل 2 في Egorova et al. (2009). (د) مستنسخة من الشكل 2 في كيبانوف وآخرون. (2013) بإذن من Elsevier (ترخيصان ## 4913121387410 و 4913131090753).

تنظيم سو (Ste) كما تمت دراسة الموضع بالتفصيل. وفقًا للبيانات المنشورة مسبقًا في معظم السلالات المختبرية من D. melanogaster عدد ال سو (Ste) يتألف التكرار من حوالي 80 نسخة ، بينما في المجموعات الطبيعية ، تم العثور على سلالات تحتوي على 240 تكرارًا (Lyckegaard and Clark ، 1989 Balakireva et al. ، 1992 McKee and Satter ، 1996). ومع ذلك ، فإن تجميع كروموسوم Y الأخير باستخدام ايزو 1 سلالة من D. melanogaster مع شرح توضيحي محسّن لكل من جينات ترميز البروتين والتكرارات تحتوي على أكثر من 500 سو (Ste) نسخ (Chang and Larracuente، 2019). حجم نموذجي كامل سو (Ste) كرر حوالي 28000 NT. يتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية: المنطقة المتشابهة النجمية الجين في- منطقة غنية خاصة بالكروموسوم Y وإدخال العنصر القابل للنقل هوبل (1360) في تسلسل المروج (الشكل 1). سو (Ste) يتم نسخ التكرارات ومعالجتها إلى mRNAs متعدد الأدينيلات ، على عكس النجمية النصوص ، تحتوي على العديد من الطفرات في الإطارات بسبب طفرات وحذف النقاط (Balakireva et al. ، 1992 Shevelyov ، 1992). منتجات ترجمة سو (Ste) لم يتم الكشف عن التكرارات. إدخال الينقولات المعيبة هوبل نسخة مسؤولة عن النسخ المضاد للمعنى سو (Ste) يكرر (أرافين وآخرون ، 2001).


اختبار دور العزلة الإنجابية في ديناميات الانتواع

نظرًا لأنه يمكن قياس العزلة الإنجابية كميًا ، فمن الممكن أن تختبر بشكل مباشر ما إذا كانت تحكمًا محددًا للمعدل على معدلات الانتواع التصنيفية (Rabosky & amp Matute ، 2013). مع تساوي كل شيء آخر ، يجب أن تتميز السلالات التي تطور العزلة الإنجابية بسرعة أكبر بمعدلات أسرع من الانتواع. كتجربة فكرية ، فكر في نوعين متميزين ، X و ص، مثل ذلك X ينتمي إلى كليد من الكائنات الحية التي يمكن أن تطور العزلة الإنجابية بسرعة ، و ص ينتمي إلى كليد حيث تتطور العزلة الإنجابية ببطء. افترض أن حدثًا جيولوجيًا قسم كلا النوعين X و ص إلى مجموعتين: X1 و X2، و ص1 و ص2. بعد انقضاء قدر معادل من الوقت ، السكان X1 و X2 ستظهر عزلة إنجابية أكبر من السكان ص1 و ص2. إذا كان المعدل الذي تتطور عنده العزلة الإنجابية هو التحكم المحدود للمعدل في معدلات الانتواع ، فإن النسب إلى أي الأنواع X يجب أن ينتشر على نطاقات زمنية طويلة بسرعة أكبر من سلالة ص. إذا كان هناك عامل آخر هو التحكم في الحد من المعدل على معدلات الانتواع ، فإن معدل الانتواع سيكون مستقلاً عن المعدل الذي تتطور به العزلة الإنجابية.

يشكل هذا المنطق أساس اختبار إحصائي لمساهمة أي شكل من أشكال العزلة الإنجابية في معدلات الانتواع التطورية الكبيرة. يمكن للمرء تحديد المعدل الذي تتطور به مكونات معينة من العزلة الإنجابية في مجموعات أو سلالات مختلفة (الشكل 3) واختبار ما إذا كان التباين في معدل تطور العزلة الإنجابية يتنبأ بمعدلات التكاثر. تظهر العلاقات المحتملة بين هذه الكميات في الشكل 4. الميزة الرئيسية لهذا النهج هي أنه يتجنب الافتراضات حول الآثار المفترضة لسمات عضوية معينة على تطور العزلة الإنجابية (Coyne & amp Orr ، 2004) وتقدير معلمات العملية مباشرة . تم تطبيق هذا الاختبار على الطيور والذباب drosophilid بهدف اختبار ما إذا كان المعدل الذي تكتسب فيه السلالات عدم التوافق الجيني بعد الزيجوت (على سبيل المثال الأليلات التي تتسبب في أن تكون الهجينة بين الأنواع عقيمة أو غير قابلة) مرتبطة بمعدلات الانتواع. على الرغم من تباين المجموعات الفردية لكل من الطيور والذباب فيما يتعلق بالمعدل الذي تطور به مكونًا واحدًا على الأقل من العزلة الإنجابية ، إلا أن هذا الاختلاف لم يكن مرتبطًا بمعدلات الانتواع التصنيفية (Rabosky & amp Matute ، 2013). ومع ذلك ، يجب تفسير النتائج التي أبلغ عنها Rabosky & amp Matute (2013) بحذر ، نظرًا لعدم اليقين في تحديد تباين معدل التخصيص ومعدل تطور العزلة الإنجابية. على سبيل المثال ، تمت دراسة بيولوجيا العزلة الإنجابية الجوهرية في الذباب الدروسيليدي من قبل العشرات من الباحثين على مدى معظم القرن الماضي ، مما أدى إلى تكوين مجموعة بيانات عالية الدقة حول العزلة الإنجابية لأي مجموعة من الكائنات الحية (Yukilevich ، 2012). ومع ذلك ، فإن فهمنا لمعدلات التكاثر التصنيفي في drosophilidae ضعيف: في الواقع ، من الممكن أن يتم وصف مئات أو آلاف من الأصناف الفلسفية المتميزة (Markow & amp O'Grady ، 2006). هذا القصور التصنيفي له آثار على معدلات الانتواع المستخدمة من قبل Rabosky & amp Matute (2013). وبالمثل ، استندت تحليلاتنا لعزل ما بعد اللواقح للطيور إلى حد كبير على مجموعة واحدة من هجينة الطيور (جراي ، 1958) ولم يكن لدينا معلومات مباشرة عن العزلة المسبقة للطيور.

العزلة الزوجية بعد اللواقح من التهجينات متعددة الأنواع من الطيور كدالة للمسافة الوراثية الزوجية بينهما. تم عرض النتائج لكتلتين رئيسيتين (الدراج ، الببغاوات Phasianidae ، Psittacidae). بالنسبة لمستوى معين من الاختلاف الجيني ، يُظهر الدراجون مستويات أعلى من العزلة بعد الزيجوت مقارنة بالببغاوات ، مما يشير إلى أن هذا النوع من العزلة الإنجابية يتراكم بسرعة أكبر في الدراج مقارنة بالببغاوات. إذا كانت العزلة المتأصلة بعد الزيجوت (الثبات الهجين والعقم) هي السيطرة السائدة على معدلات الانتواع ، فيجب أن يكون لدى الدراجين معدلات انتواع أسرع من الببغاوات. لاحظ أن العلاقات مقيدة بـ 0 (كل النسل المهجن قابل للحياة بشكل كامل وخصب) و 1 (لا يوجد نسل ينتج ، أو كل ذرية عقيمة). تُظهر الخطوط العلاقات الخطية المجهزة بين العزلة الإنجابية والمسافة الجينية لكل كليد. البيانات مأخوذة من تحليلات Price & amp Bouvier (2002) و Gray (1958) مأخوذة من Rabosky و Matute (2013). بالنسبة لهذا الزوج من الكليد ، تكون معدلات الانتواع أسرع في الكليد مع معدلات أسرع لتطور العزلة الإنجابية (التدرج: الانتواع = 0.26 سلالة Myr –1 ببغاوات: الانتواع = 0.22 سلالة Myr –1). ومع ذلك ، في جميع الطيور ، يبدو أن هذه الكميات غير مرتبطة.

العزلة الزوجية بعد اللواقح من التهجينات متعددة الأنواع من الطيور كدالة للمسافة الوراثية الزوجية بينهما. تم عرض النتائج لكتلتين رئيسيتين (الدراج ، الببغاوات Phasianidae ، Psittacidae). بالنسبة لمستوى معين من الاختلاف الجيني ، يُظهر الدراجون مستويات أعلى من العزلة بعد الزيجوت مقارنة بالببغاوات ، مما يشير إلى أن هذا النوع من العزلة الإنجابية يتراكم بسرعة أكبر في الدراج مقارنة بالببغاوات. إذا كانت العزلة الجوهرية بعد الزيجوت (الثبات الهجين والعقم) هي السيطرة السائدة على معدلات الانتواع ، فيجب أن يكون لدى الدراجين معدلات انتواع أسرع من الببغاوات. لاحظ أن العلاقات مقيدة بـ 0 (كل النسل المهجن قابل للحياة بشكل كامل وخصب) و 1 (لا يوجد نسل ينتج ، أو كل ذرية عقيمة). تُظهر الخطوط العلاقات الخطية المجهزة بين العزلة الإنجابية والمسافة الجينية لكل كليد. البيانات مأخوذة من تحليلات Price & amp Bouvier (2002) و Gray (1958) مأخوذة من Rabosky و Matute (2013).بالنسبة لهذا الزوج من الكليد ، تكون معدلات الانتواع أسرع في الكليد مع معدلات أسرع لتطور العزلة الإنجابية (التدرج: الانتواع = 0.26 سلالة Myr –1 ببغاوات: الانتواع = 0.22 سلالة Myr –1). ومع ذلك ، في جميع الطيور ، يبدو أن هذه الكميات غير مرتبطة.

بعض العلاقات الممكنة بين المعدل الذي تطور فيه الأنساب العزلة الإنجابية ومعدل الانتواع. أ ، التطابق المباشر ، حيث يُظهر تطور التطور التناسلي علاقة واحد لواحد مع معدل التطور الكبير للانتواع. في هذا السيناريو ، يكون تطور العزلة الإنجابية هو المحدد الحصري لديناميكيات التطوُّر الكبير. ب ، علاقة الإزاحة / التخميد ، حيث يكون معدل تطور العزلة الإنجابية هو المسيطر على معدلات الانتواع ، على الرغم من أن معدلات الانتواع أقل مما هو متوقع من معدل تطور العزلة الإنجابية وحدها. تشير هذه العلاقة إلى أن العديد من السكان الذين يطورون العزلة الإنجابية فشلوا في الاستمرار خلال الزمن العميق. C ، مفصولة ، بحيث لا تظهر العزلة الإنجابية أي علاقة تنبؤية بمعدلات الانتواع التطورية الكبيرة. يشير هذا السيناريو إلى أن العزلة الإنجابية ليست هي التحكم المحدد للمعدل على معدل الانتواع. مقتبس من Rabosky (2013).

بعض العلاقات الممكنة بين المعدل الذي تطور فيه الأنساب العزلة الإنجابية ومعدل الانتواع. أ ، المراسلات المباشرة ، حيث يُظهر تطور التطور التناسلي علاقة واحد لواحد مع معدل التطور الكبير للانتواع. في هذا السيناريو ، يكون تطور العزلة الإنجابية هو المحدد الحصري لديناميكيات التطوُّر الكبير. ب ، علاقة الإزاحة / التخميد ، حيث يكون معدل تطور العزلة الإنجابية هو المسيطر على معدلات الانتواع ، على الرغم من أن معدلات الانتواع أقل مما هو متوقع من معدل تطور العزلة الإنجابية وحدها. تشير هذه العلاقة إلى أن العديد من السكان الذين يطورون العزلة الإنجابية فشلوا في الاستمرار خلال الزمن العميق. C ، مفصولة ، بحيث لا تظهر العزلة الإنجابية أي علاقة تنبؤية بمعدلات الانتواع التطورية الكبيرة. يشير هذا السيناريو إلى أن العزلة الإنجابية ليست هي التحكم المحدد للمعدل على معدل الانتواع. مقتبس من Rabosky (2013).

ميز Coyne & amp Orr (2004) بين جانبين زمنيين لعملية الانتواع: "فترة الانتواع البيولوجي" (BSI) ، أو وقت الانتظار بين أصل سلالات جديدة معزولة تكاثريًا ، و "وقت الانتقال للانتواع البيولوجي" ، أو مقدار الوقت اللازم لتطور العزلة الإنجابية القوية بمجرد بدء تطور العزلة. معدل الانتواع البيولوجي هو ببساطة معكوس فاصل الانتواع البيولوجي (1 / BSI). اقترح Coyne & amp Orr (2004) أن هناك سببًا وجيهًا لتوقع التكافؤ بين أوقات الانتقال وفترات الأنواع البيولوجية. ومع ذلك ، فإن المعدل الذي تتطور عنده العزلة الإنجابية يمكن أن يظل خطوة تحديد المعدل لمعدلات الانتواع حتى لو كانت فترات الانتقال أقصر (أو أطول) من BSIs. على سبيل المثال ، قد يؤدي حدوث عزلة ما بعد الزيجوت الجوهرية الجزئية بين السكان إلى التعزيز ، مثل أن العزلة الكاملة لما قبل الزيجوت تتطور بسرعة استجابة للتهجين غير المتكيف (Servedio & amp Noor ، 2003 Matute ، 2010). على هذا النحو ، لا يزال من الممكن أن تكون خطوة تحديد المعدل في معدلات الانتواع التصنيفية هي المعدل الذي تنشأ عنده العزلة الأولية بعد الزيجان ، حتى لو كان التطور اللاحق للعزلة المسبقة هو الذي يدفع في النهاية الانتواع إلى الاكتمال. من المحتمل أن تكون هذه العملية قابلة للاختبار من خلال تطوير أطر نمذجة أكثر تعقيدًا تمكن الباحثين من التمييز بين الاختلافات الخاصة بالنسب في المعدل الذي تنشأ عنده أي عزلة إنجابية قابلة للقياس (على سبيل المثال ، مدة مرحلة التأخر Mendelson، Inouye & amp Rausher، 2004) من المعدل. التي تنشأ فيها عزلة إنجابية قوية.

من السمات المرغوبة للنهج الموضح في الشكل 4 أنه يوفر اختبارًا مباشرًا إلى حد ما لمساهمة العزلة الإنجابية في معدل الانتواع التصنيفي. على هذا النحو ، يمكن أن يتناقض النهج مع طرق المقارنة النشوء والتطور لتحديد الارتباطات بين سمات عضوية محددة ومعدلات التنويع. وجدت دراسات عديدة على الأقل بعض الارتباط بين السمات ومعدلات التنويع (Coyne & amp Orr، 2004 Jablonski، 2008 Ng & amp Smith، 2014). يمكن أن تنشأ مثل هذه الارتباطات إذا زادت السمات قيد الدراسة من معدل تطور العزلة الإنجابية (Panhuis وآخرون.، 2001 Coyne & amp Orr ، 2004) ، والتي يمكن أن نضيف إليها: "شريطة أن يكون معدل تطور العزلة الإنجابية هو الخطوة التي تحد من معدل معدلات الأنواع التصنيفية". ومع ذلك ، فإن إثبات أن سمة معينة مرتبطة بمعدل الانتواع التصنيفي لا يعني بالضرورة أن الآلية الأساسية تتضمن تأثيرات السمة على العزلة الإنجابية ، حتى لو افترضنا أن السمة تؤثر على العزلة الإنجابية. بسبب الطرق المعقدة التي يمكن أن تؤثر بها السمات على ديناميكيات الاستقلاب (ليفين ، 2000) ، يجب أن نكون حذرين في افتراض أن أي سمات معينة (مثل ازدواج اللون الجنسي في الحيوانات ، وخصائص الأزهار ، وما إلى ذلك) تؤثر على ثراء الأنواع من خلال تأثيرها على العزلة الإنجابية .

من المهم أيضًا التعرف على قيود النهج الموضحة في الشكل 4. لا ينبغي تفسير عدم وجود علاقة بين عنصر تحكم معين (مثل العزلة الإنجابية بعد الزيجوت الجوهرية) ومعدلات الانتواع كدليل على أن التحكم لا علاقة له بالانتواع. إنه يعني ببساطة أن السيطرة لا تحدد المعدل الذي يحدث عنده الانتواع ، قد تكون السيطرة مع ذلك جزءًا لا يتجزأ من عملية الانتواع. علاوة على ذلك ، فإن ملاحظة أن أحد مكونات العزلة الإنجابية يفشل في التنبؤ بمعدلات التكاثر لا يوفر أي معلومات حول أهمية الأشكال الأخرى للعزلة الإنجابية لمعدلات التكاثر. أخيرًا ، تحد جودة البيانات المتاحة عن النشوء والتطور والمعطيات التصنيفية والإنجابية من استخدام هذا الإطار في الممارسة العملية.

قد توفر الأدوات المفاهيمية الأخرى نظرة ثاقبة لدور ضوابط الانقسام والمثابرة على معدلات الانتواع. يعد نموذج الانتواع المطول (Etienne & amp Rosindell، 2012) إطارًا نظريًا مهمًا لفهم كيفية تأثير نشأة الأنواع الأولية وانقراضها واستمرارها على أشكال أشجار النشوء والتطور. مؤخرًا ، إتيان وآخرون. طور (2014) شكلاً من نموذج الانتواع المطول الذي يمكن تركيبه على مجموعات البيانات التطورية ، مما يمكن الباحثين من تقدير المعلمات المرتبطة بكل من معدل تكوين الأنواع الأولية والوقت اللازم لانتواع ناجح. يمكن تصور امتداد هذا الإطار العام إلى اختبار رسمي للأهمية النسبية لهذه الضوابط وغيرها على معدلات الأنواع التصنيفية.


مناقشة

نصف نموذجًا جديدًا لتطور العزلة الإنجابية للمجموعات المهجنة ، وهي خطوة أولى نحو الانتواع الهجين. على عكس النماذج السابقة من الأنواع الهجينة ، لا يفترض نموذجنا الاختيار الإيجابي للأنماط الجينية الهجينة أو زواج الأقارب ، بل يفترض الاختيار الحتمي ضد عدم التوافق الهجين في التزاوج العشوائي للمجموعات الهجينة. مع اختيار معتدل (أي س≤0.2) على اثنين أو أكثر من أزواج عدم التوافق في مجموعة هجينة تماثلية ، تظهر العزلة الإنجابية من كلا النوعين الأبوين مع

50٪ (أو أعلى) احتمال. تتطور العزلة الإنجابية الهجينة أيضًا بشكل متكرر مع مستويات كبيرة من الهجرة المستمرة بين الأنواع الهجينة والأنواع الأبوية (4نانومتر & lt 20 لكل من الوالدين).

النتيجة الأخرى المذهلة لعمليات المحاكاة التي أجريناها هي السرعة التي تتطور بها العزلة الإنجابية بين الأنواع الهجينة والأنواع الأبوية. اعتمادًا على المعلمات ، يمكن أن تظهر العزلة الإنجابية في أقل من 100 جيل مع اختيار معتدل (نص S3). فكرة أن الانتواع الهجين يمكن أن يحدث بسرعة تدعمها النتائج التجريبية [14 ، 63 ، 64] وإلى حد ما من خلال النماذج السابقة من الأنواع الهجينة [9 ، 14]. يشير نموذجنا إلى أن الاختيار البسيط لحالات عدم التوافق في المجموعات الهجينة يمكن أن يؤدي أيضًا إلى عزلة إنجابية سريعة على نطاقات زمنية أسرع بكثير مما هو متوقع بالنسبة للأنواع التماثلية بسبب تراكم حالات عدم توافق BDM المحايدة. بالنظر إلى أن حالات عدم التوافق المعرفي شائعة ، فإن نتائجنا حول احتمالية العزلة وسرعة عزلها تشير إلى أن هذه العملية قد تحدث بشكل متكرر في مجموعات هجينة.

أكد العمل التجريبي السابق على أهمية التمايز البيئي بين السكان الهجين والأبوين أو الاختيار الإيجابي للأنماط الجينية الهجينة كطريق إلى العزلة التناسلية الهجينة [6 ، 8-10 ، 12 ، 63 ، 65]. الاكتشاف الجديد لعمليات المحاكاة التي أجريناها هو أن العزلة الإنجابية تتطور بسهولة في المجموعات الهجينة دون اختيار إيجابي على الأنواع الهجينة. ومع ذلك ، فإن الاثنين ليسا متعارضين ، كما أن العوامل البيئية ، والتي ثبت أنها تكمن وراء العديد من حالات الانتواع الهجين [6 ، 8 ، 63] ، قد تكمل الاختيار على عدم التوافق الجيني لزيادة تعزيز العزلة الإنجابية. على سبيل المثال ، في هيليانثوس، مزيج من إعادة ترتيب الكروموسومات وأنماط ظاهرية هجينة جديدة مهمة في التمييز بين الأنواع الهجينة والأبوية [6 ، 66]. مثل النماذج الأخرى ([9 ، 14]) ، يتنبأ نموذجنا بأن العزلة بين الأنواع الهجينة والأنواع الأبوية أضعف بطبيعتها من العزلة بين النوعين الأبويين. نقترح أن تثبيت عدم التوافق يمكن أن يكون خطوة حاسمة في البداية للحد من تدفق الجينات بين الأنواع الهجينة والأنواع الأبوية ، مما يسمح بتطوير آليات عزل أخرى. على سبيل المثال ، يتنبأ العمل النظري بأن التعزيز يمكن أن يتطور حتى عندما يكون الانتقاء ضد تدفق الجينات معتدلاً [67-70].

تضمنت النماذج السابقة من الأنواع المختلطة الانقلابات الخاصة بالأنواع التي يُفترض أنها غير مهيمنة. في ظل هذا النموذج "الانعكاس السفلي" ، يمكن للمجموعات الهجينة إصلاح مجموعات الانعكاس الجديدة ، مما يؤدي إلى العزلة بين الأنواع الهجينة والأبوية [15]. اقترحت نتائج المحاكاة بموجب هذا النموذج أن زواج الأقارب [14] أو الاختيار الإيجابي للأنماط الجينية الهجينة [9 ، 14] مهم لتطور العزلة الإنجابية الهجينة. ومع ذلك ، ركزت جهود المحاكاة السابقة على الهجينة في منطقة التوتر ، إما بدون عزل مكاني عن الأنواع الأبوية [14] أو مع معدلات هجرة عالية من الأنواع الأبوية [17]. للتحقيق في ديناميكيات نموذج الانعكاس السائد في المواقف التي تكون فيها الهجرة أكثر تقييدًا ، نقوم بمحاكاة نموذج الانعكاس السفلي في سيناريو سرب هجين معزول مشابه لنموذج عدم التوافق المعرفي (نص S7). ومن المثير للاهتمام أننا نجد أن العزلة تتطور بشكل متكرر في ظل هذا النموذج حتى بدون اختيار إيجابي (

40٪ من عمليات المحاكاة ، انظر نص S7). تُظهر هذه النتائج أنه في المجموعات السكانية التي يهيمن عليها الهجين ، يكون لنموذج الانعكاس سلوك مماثل لنموذج الاختيار لدينا ضد التفاعلات المعرفية السلبية (نص S7). تعتمد آلية العزلة الأكثر انتشارًا في المجموعات الهجينة على تواتر حالات عدم التوافق الهجين لكل نوع. تشير الأدلة التجريبية إلى أنه بينما يمكن أن يكون نقص السيطرة آلية عزل شائعة في النباتات (تمت مراجعته في [21]) ، قد تكون التفاعلات المعرفية السلبية آلية أكثر شيوعًا لتقليل اللياقة الهجينة في الحيوانات [24].

من المهم ملاحظة العديد من العوامل التي قد تؤثر على مدى شيوع نموذج التفاعلات المعرفية للانتواع الهجين في التجمعات الطبيعية. أولاً ، يفترض نموذجنا أن الهجينة متوفرة بكثرة في مجموعة سكانية ، وعلى الرغم من أن هذا يبدو شائعًا بشكل معقول (انظر S6 Text S9 Table) ، فمن الواضح أن هذا ليس سمة من سمات جميع المناطق المختلطة. نلاحظ أيضًا أن نموذجنا لا يمثل سوى اللياقة البدنية من حيث عدم التوافق الجيني وأن المجموعات الهجينة يمكن أن تكون أقل لياقة نتيجة للاختيار البيئي أو الجنسي. على سبيل المثال ، في عمليات المحاكاة الخاصة بنا ، افترضنا التزاوج العشوائي بين الهجينة والوالدين. ولكن عندما تمارس الأنواع الأبوية اختيارًا جنسيًا سلبيًا ضد الهجينة ، فمن المرجح بشكل كبير أن يتفوق الوالدان على السكان الهجينين (جدول S10). هناك تباين كبير في تفضيلات التزاوج للأبوين للهجن [71]. في نوعين من الأسماك الكبرية الشكل ، يتزاوج الوالدان من الذكور والإناث بسهولة مع الأنواع الهجينة [45 ، 72 ، 73] ، بينما تميز الفئران ضدهم [74]. يشير هذا إلى أن احتمال هذه العملية سيعتمد جزئيًا على بيولوجيا الأنواع المهجنة.

هناك اعتبار إضافي وهو أن العزلة الإنجابية الهجينة من المرجح أن تتطور خلال نافذة معينة من الاختلاف بين الأنواع الأبوية. عندما تكون ملاءمة المجموعات الهجينة منخفضة (أي تتوافق مع مستويات عالية من الاختلاف بين الأنواع الأبوية) ، فإنها تكون أكثر عرضة للانقراض أو النزوح من قبل الوالدين (S6 الشكل ، S5 النص). يشير هذا إلى أن تطور العزلة الإنجابية الهجينة من خلال هذه الآلية من المرجح أن يحدث في فترة الاختلاف التطوري التي تراكمت خلالها الأنواع بعض حالات عدم التوافق الهجين ولكنها لم تتباعد إلى النقطة التي تكون عندها الهجينة غير قابلة إلى حد كبير. كان العمل الأكثر تفصيلاً الذي يميز عدم التوافق الجيني بين ذبابة الفاكهة الأنواع ، حيث تقل اللياقة الهجينة بشكل كبير مقارنة بالآباء [56 ، 57 ، 75]. الهجينة بين العديد من الأنواع الأخرى التي تمت دراستها حتى الآن ، مع ذلك ، تتأثر بعدد أقل من حالات عدم التوافق أو عدم التوافق من التأثيرات الأضعف [26 ، 55 ، 59 ، 76-79]. قد تكون هذه المجموعات أكثر عرضة لتشكيل مجموعات هجينة ، ويجب أن تكون محور البحث التجريبي في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك ، حتى الأنواع التي تتمتع حاليًا بعزلة قوية قد تكون قد أنتجت تاريخيًا مجموعات هجينة ، على الرغم من أن التحقيق في الأنواع الهجينة القديمة بالآلية التي نصفها سيكون أمرًا صعبًا. هذا لأنه إذا تباعدت السلالات الأبوية والهجينة بشكل كبير منذ وقت التهجين الأولي ، فقد لا يكون من الممكن تحديد ما إذا كانت حالات عدم التوافق مشتقة في البداية من الجينوم الأبوي أم لا.

من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن انخفاض تكرار العزلة الإنجابية مع زيادة الاختيار على الهجينة يمكن تخفيفه إلى حد ما عن طريق زيادة العدد الإجمالي لأزواج عدم التوافق الهجين. في عمليات المحاكاة التي أجريناها ، نرى علاقة إيجابية بين عدد التفاعلات واحتمال تطوير العزلة الإنجابية ، وعلاقة سلبية بين القوة الكلية للاختيار على الهجينة واحتمال تطوير العزلة الإنجابية (الشكلان 3 و S6). تشير هذه المفاضلة إلى أن العزلة الإنجابية يمكن أن تتطور بين المجموعات الهجينة والأبوية حتى عندما تكون لياقة الهجينة منخفضة (كما في الأشكال 3 و 4 و S6 ، مع الأخذ في الاعتبار أن الانقراض يحدث كثيرًا عندما تكون اللياقة الهجينة صفرًا تقريبًا).

وبالمثل ، فإن نموذجنا حساس لنسب الخلط الأولية المنحرفة ، ولكن زيادة عدد أزواج عدم التوافق الهجين يزيد من احتمال عزل المجموعات الهجينة المنحرفة عن كلا النوعين الأبوين عن طريق عدم توافق واحد على الأقل (S7 الشكل.). على سبيل المثال ، مع اثنين من أزواج عدم التوافق ، كان احتمال العزلة عن كلا النوعين الأبوين في مجموعة سلالة منحرفة (65٪ الأب 1) 7٪ بينما مع أربعة أزواج عدم توافق ارتفع الاحتمال إلى 15٪. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن المجموعات السكانية المنفصلة في cline غالبًا ما تمتد على نطاق من نسب الاختلاط (على سبيل المثال [80-82]) ، فمن المحتمل أن تقع بعض المجموعات الهجينة في النطاق الذي نتوقع أن تتطور فيه العزلة. من ناحية أخرى ، تُظهر نتائجنا أن المستويات العالية من الهجرة (كما يمكن ملاحظتها في الخطوط المستمرة) يمكن أن تمنع العزلة.

أخيرًا ، يفترض نموذجنا أن حالات عدم التوافق أو عدم توافق BDM الناشئة عن التطور التكيفي تحدث بشكل متكرر بين الأنواع. تشير الأدلة المتراكمة إلى أن حالات عدم التوافق الناشئة عن التطور المشترك قد تكون شائعة [30 ، 36 ، 83-86]. على سبيل المثال ، في مجدافيات الأرجل البحرية ، التطور المشترك بين السيتوكروم ج والسيتوكروم ج ينتج عن أوكسيديز انهيار متبادل لوظيفة البروتين في الهجينة [86]. بالإضافة إلى ذلك ، تشير حقيقة أن العديد من جينات عدم التوافق المعروفة تتضمن صراعًا جنسيًا ، أو عناصر وراثية أنانية ، أو دفاعًا عن الممرض ، تشير إلى دور مهم للتطور المشترك في أصل عدم التوافق [36 ، 83 ، 87 ، 88]. ينطبق نموذجنا أيضًا على حالات عدم توافق BDM التي تنشأ بسبب التكيف داخل النسب ، على افتراض أن ميزة اللياقة للأليلات المشتقة لا تعتمد على البيئة الأبوية. من غير المعروف حاليًا ما إذا كان من المرجح أن تكون حالات عدم التوافق محايدة أو قابلة للتكيف. على الرغم من وجود دليل على الاختيار غير المتماثل على العديد من حالات عدم التوافق الهجين [28 ، 29 ، 89] ، لم يتم إثبات الحياد في هذه الحالات. تدعم الأدلة القصصية فكرة أن حالات عدم التوافق التكيفية شائعة ، نظرًا لأن العديد من الجينات الكامنة وراء حالات عدم التوافق الهجين التي تم تحديدها حتى الآن تظهر دليلًا على الاختيار الإيجابي داخل السلالات [90] ، لكن التردد النسبي لعدم توافق BDM التكيفي والمحايد ينتظر إجابات من مزيد من البحث التجريبي. ومن المثير للاهتمام أن العمل النظري يشير أيضًا إلى أن عدم توافق BDM المحايد من غير المرجح أن يستمر إذا كان هناك تدفق جيني بين الأنواع [32].

الأنماط التي تنبأ بها نموذجنا قابلة للاختبار باستخدام الأساليب التجريبية. نجح عدد كبير من الدراسات في تعيين عدم التوافق الجيني الذي يميز الأنواع [25 ، 26 ، 41 ، 56 ، 57 ، 79 ، 91]. يمكن تحديد النسب في هذه المواقع في الأنواع الهجينة المفترضة ، ويمكن تحديد المساهمة النسبية لعدم التوافق المشتق من الوالدين في العزلة الإنجابية تجريبياً. بالنسبة لبعض الأنواع ، قد يكون من الممكن تقييم ديناميكيات عدم التوافق بالنسبة للخلفية الجينية في أسراب هجينة تم إنشاؤها تجريبياً [92]. نتوقع أن العديد من المجموعات الهجينة التي تظهر عزلة ما بعد الزيجوت من الأنواع الأبوية سيكون لها أزواج عدم توافق ثابتة لكل الأنواع الأبوية. تقرير العديد من حالات الانتواع المختلط قلل من ملاءمة النسل بين الأنواع الأبوية والهجينة بما يتفق مع الآلية الموصوفة هنا [6 ، 16 ، 53 ، 93] وهي حالات واعدة لمزيد من البحث التجريبي.اللافت للنظر ، دراسة حديثة عن العصافير الإيطالية خلصت إلى أن العزلة التناسلية بين الأنواع الأبوية والهجينة ترجع جزئيًا إلى تثبيت عدم التوافق المشتق من الأبوين [94].

من الآثار المثيرة للفضول لنموذجنا أن المجموعات الهجينة المكونة بشكل مستقل بين نفس الأنواع الأبوية يمكن أن تطور العزلة الإنجابية عن بعضها البعض. تزداد احتمالية حدوث هذه النتيجة مع زيادة عدد أزواج عدم التوافق. في عباد الشمس ، حددت الدراسات التجريبية لانتواع هجين بوساطة بيئية أنواعًا هجينة متعددة مشتقة من نفس الأنواع الأبوية [95]. من المثير للاهتمام ملاحظة أن الاختيار ضد عدم التوافق الهجين يمكن أن يولد نفس النمط في تكرار المجموعات الهجينة. في الواقع ، يمكن أن تولد هذه الآلية نمطًا نسبيًا للأنواع مشابهًا لذلك المتوقع من الإشعاع التكيفي ، مع ظهور العديد من الأنواع وثيقة الصلة في نافذة تطورية قصيرة نسبيًا. هذه النتيجة مدهشة لأن نموذجنا لا يستدعي التكيف ويقترح أن العمليات غير التكيفية (أي الاختيار ضد عدم التوافق) يمكن أن تفسر أيضًا مجموعات من الأنواع سريعة الظهور وذات الصلة الوثيقة.


المواد والأساليب

إعداد مكتبة (كدنا):

تمت تنقية إجمالي الحمض النووي الريبي بواسطة طريقة isothiocyanate guanidinium / CsCl (M ac D onald وآخرون. 1987) من 600 جهاز تناسلي للإناث مطروحًا منها المبايض (قنوات البيض والرحم والباروفاريا والحيوانات المنوية والأوعية المنوية) التي تم تشريحها من D. simulans ذباب بالغ مختلط من مزرعة للزجاجة. تمت تنقية mRNA باستخدام أعمدة دوران oligotex QIAGEN (فالنسيا ، كاليفورنيا). تم تصنيع (كدنا) الأوليجو (dT) باستخدام النسخ العكسي المرتفع واستنساخه في ناقل pCMV-Sport6 ​​(Invitrogen ، سان دييغو). لم نقم بإجراء تهجين مطروح داخل الحل أو قمنا بتطبيع مكتبة (كدنا) لأن هذه الأساليب عادةً ما تؤدي إلى قطع cDNAs ، وكنا نرغب في (كدنا) كامل الطول لمقارناتنا التطورية. احتوت المكتبة الناتجة على 130.000 وحدة CFU ، 99٪ منها مؤتلف. كان متوسط ​​حجم الإدخال 1.2 كيلو بايت. تم استخدام مجموعتين من المجسات للتهجين التفاضلي. أولاً ، تم تحضير oligo (dT) - أول حبلا ذكور (كدنا) من مختلط العمر وحالة التزاوج ذكر بالغ كامل D. simulans الذباب باستخدام معامل بيثيسدا للأبحاث (Gaithersburg ، MD) النسخ العكسي المرتفع II الذي يشتمل على 32 DCTP المسمى P ثم تغيير طبيعته عند 65 درجة لمدة 30 دقيقة في 0.3 م هيدروكسيد الصوديوم. ثانيًا ، تم إنشاء مسبار معدة عشوائيًا من خليط من منتجات RT-PCR من جينات بروتين صفار الإناث الثلاثة من D. melanogaster: YP1 و YP2 و YP3 (B arnett وآخرون. 1980). تم فحص هذه الجينات من المكتبة حيث يتم التعبير عن الحمض النووي الريبي لبروتين الصفار بكثرة في الجسم الدهني ، والذي يرتبط بالجهاز التناسلي (B arnett وآخرون. 1980) (يتم التعبير عنها أيضًا في المبيض الذي تمت إزالته). كان التهجين لمدة 18 ساعة عند 65 درجة في 5 × SSPE ، 5 × Denhardt's ، 0.5 ٪ SDS ، 0.2 مجم / مل DNA لحيوان منوي السلمون. كانت الغسلات النهائية عند 65 درجة و 0.1 × SSPE لمدة 10 دقائق. كان التسلسل من QIAGEN DNA البلازميد المنقى باستخدام كيمياء تسلسل ABI للصبغة الكبيرة التي تم تحليلها على جهاز التسلسل الآلي ABI 3100. يتم إيداع تسلسلات EST في GenBank تحت رقم الانضمام. CO391819 و CO392724 و CO408479 و CO408480.

مسح تعدد الأشكال:

تم استخراج الحمض النووي باستخدام مجموعة عزل PureGene DNA من سلالات إناث من D. melanogaster و D. simulans تم جمعها سابقًا بواسطة C. Aquadro في بيلتسفيل ، ماريلاند. لتعظيم قوة اختباراتنا الإحصائية ، ركزنا تحليلاتنا على مناطق intron ، والتي يجب أن تزيد من التباين داخل الأنواع وفيما بينها في ظل الحياد. بادئات وشروط تفاعل البوليميراز المتسلسل متاحة كمواد تكميلية عبر الإنترنت على http://www.genetics.org/supplemental/. تم تخفيف منتجات PCR ثمانية أضعاف بالماء وتم تسلسلها مباشرة باستخدام كيمياء تسلسل فاصل الصبغة الكبيرة ABI وتحليلها على جهاز التسلسل الآلي ABI 3100. يتم إيداع التسلسلات في GenBank تحت رقم الانضمام. AY665365، AY665366، AY665367، AY665368، AY665369، AY665370، AY665371، AY665372، AY665373، AY665374، AY665375، AY665376، AY665377، AY665378، AY665379، AY665380، AY665381، AY665382، AY665383، AY665384، AY665385، AY665386، AY665387، AY665388، AY665389، AY665390 ، AY665391 ، AY665392 ، AY665393 ، AY665394 ، AY665395 ، AY665396.

دراسة الاختلاف:

قمنا بتقييم اختلاف تسلسل الحمض النووي بين خمسة إلى ثمانية أنواع متباينة بشكل متزايد من ذبابة الفاكهة لخمسة جينات. لكل منها استخدمنا إما كل أو مجموعات فرعية متداخلة من الأنواع التالية: D. منتصب, D. eugracilis, D. lutescens, D. melanogaster, D. pseudoobscura, D. simulans, د. تيسيري، و د. ياكوبا (مفصل في النتائج). استخدمنا طوبولوجيتين للأشجار [تختلفان فقط في موضع D. منتصب (K. o وآخرون. 2003)] وكانت النتائج متسقة. كانت الطبولوجيتان: (pseudoobscura, lutescens, (eugracilis, (منتصب, ((تيسيري, الياكوبا), (ميلانوجاستر, سيمولانس))))) و (pseudoobscura, lutescens, (eugracilis, ((منتصب, (تيسيري, الياكوبا)), (ميلانوجاستر, سيمولانس)))). تسلسل D. melanogaster و D. pseudoobscura تم الحصول عليها من قواعد البيانات العامة (http://genome.ucsc.edu/). مخزون الأنواع الأخرى (باستثناء بلدنا D. simulans) من ذبابة الفاكهة مركز مخزون الأنواع في توكسون ، أريزونا. نظرًا لأن التحليلات تستند إلى مناطق التشفير ، فقد قمنا بتضخيم تسلسل الترميز من cDNA. تم استخراج إجمالي الحمض النووي الريبي من إناث مختلطة الأعمار باستخدام كاشف Trizol (Invitrogen). تم تصنيع جهاز فك التشفير العشوائي (كدنا) باستخدام MMLV-Reverse Transcriptase (Ambion ، Austin ، TX). تم تصميم الاشعال في المناطق المحفوظة للجينات ذات الأهمية ، والتي تم تحديدها من خلال محاذاة D. melanogaster تسلسل الجينات مع أفضل نتائج tblastn في جينوم D. pseudoobscura. بادئات وشروط تفاعل البوليميراز المتسلسل متاحة كمواد تكميلية عبر الإنترنت على http://www.genetics.org/supplemental/. تمت تنقية منتجات PCR باستخدام مجموعة تنقية QIAquick PCR (QIAGEN) وتسلسلها باستخدام جهاز التسلسل ABI 3700 (Macrogen). يتم إيداع التسلسلات في GenBank تحت رقم الانضمام. AY665365، AY665366، AY665367، AY665368، AY665369، AY665370، AY665371، AY665372، AY665373، AY665374، AY665375، AY665376، AY665377، AY665378، AY665379، AY665380، AY665381، AY665382، AY665383، AY665384، AY665385، AY665386، AY665387، AY665388، AY665389، AY665390 ، AY665391 ، AY665392 ، AY665393 ، AY665394 ، AY665395 ، AY665396.

التحليلات التطورية والمعلوماتية الحيوية:

ال D. simulans تمت محاذاة تسلسل EST مقابل D. melanogaster تنبأ بتسلسل الترميز ، واستخدمت المحاذاة لحساب دن/دس النسب باستخدام طرق الاحتمال الأقصى (G oldman and Y ang 1994) المطبقة في برنامج PAML (Y ang 2000). تقييم أهمية الفائض دن على دس تم تحديده على النحو التالي. دن و دس تم تقديرها كمعلمتين مجانيتين بأقصى احتمال (إل1). تم حساب الاحتمالية أيضًا للنموذج الفارغ دن يساوي دس (إل0). سلبية مضاعفة الفرق في احتمالية تسجيل الدخول التي تم الحصول عليها من هذين النموذجين (−2 [سجل (إل0) - سجل (إل1)]) بتوزيع مربع كاي بـ 1 df. لمسح تعدد الأشكال ، تاجيما د (تي أجيما 1989) ، فو وليز د (F u and L i 1993) ، و Fay و Wu ح (F ay و W u 2000) تم حسابها باستخدام DnaSP4.0 (R ozas و R ozas 1999). تم تحديد الأهمية من خلال عمليات المحاكاة المتوافقة مع ر (إعادة التركيب) المقدرة من البيانات بطريقة H udson (1987). هذه الإحصائيات الثلاثة لبيانات تعدد الأشكال تحلل وتيرة الأليلات (طيف التردد) داخل العينة. تشمل حالات الخروج عن الحياد زيادة في الأليلات النادرة (T ajima 1989 F u and L i 1993) أو زيادة في الأليلات المشتقة عالية التردد (F ay و W u 2000). من المتوقع أن ترتبط حالات المغادرة المحددة هذه بالاختيار الأخير الذي يعمل في مكان ما أو بالقرب منه. أثناء عملية المسح الانتقائي ، في وجود إعادة التركيب ، يتم سحب التباين المرتبط نحو التثبيت ، مما يؤدي إلى زيادة في الطفرات المشتقة من التردد العالي في المناطق المحيطة بهدف التحديد. يؤدي تثبيت المتغير المفضل إلى القضاء على تعدد الأشكال في المواقع المحيطة مباشرة بالموقع المحدد (يعتمد حجم المنطقة على إعادة التركيب وقوة الاختيار). نظرًا لحدوث طفرات جديدة في هذه المنطقة بعد الاكتساح والانجراف لأعلى في التردد ، فهناك فائض أولي في الأليلات النادرة لأن كل طفرة جديدة تنتج أليلًا جديدًا. إن وقت العودة إلى توزيع تردد التوازن هو دالة على حجم السكان ويمكن أن يكون بطيئًا جدًا بالنسبة إلى عدد كبير من السكان.

بالنسبة لتحليلات الاختلاف ، استخدمنا PAML (Y ang 2000) لحساب احتمالية وجود نموذج محايد حيث لا يمكن أن يكون لأي كودونات دنس النسبة & gt 1 (إل0) ومقارنته باحتمالية النموذج الذي يمكن أن تحتوي فيه مجموعة فرعية من المواقع على ملف دنس النسبة & gt 1 (إل1) (Y ang and B ielawski 2000). سلبية مضاعفة الفرق في احتمالية تسجيل الدخول التي تم الحصول عليها من هذين النموذجين (−2 [سجل (إل0) - سجل (إل1)]) تمت مقارنة توزيع مربع كاي بدرجات حرية تساوي الفرق في عدد المعلمات المقدرة. الاختلاف في دنس تم نمذجة النسبة بين المواقع باستخدام التوزيعات المنفصلة (نماذج PAML M0 و M3) و β- (نماذج PAML M7 و M8). نحن نعتبر المقارنة بين النموذجين M0 و M3 بمثابة اختبار للتباين في دنس النسبة بين المواقع وليس اختبارًا قويًا للتطور التكيفي. تعد المقارنة بين M7 و M8 اختبارًا قويًا للتطور التكيفي. لتحديد ما إذا كان دنس تتجاوز النسبة بشكل كبير 1 ، قارنا نموذج M8 باحتمالية وجود نموذج (M8A) مع النسبة الإضافية للمواقع الثابتة عند دنس نسبة 1 (S wanson وآخرون. 2003). يمكن العثور على تفاصيل التوزيعات وإحصاءات الاختبار في Y ang وآخرون. (2000). تم توقع تسلسل الإشارات باستخدام برنامج SignalP (//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP-2.0/ N ielsen وآخرون. 1997). تم التنبؤ بمناطق الغشاء باستخدام طرق TMHMM (S onnhammer وآخرون. 1998) ، باستخدام خادم TMHMM (http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/).


النتائج

كانت تواريخ بدء الإزهار المتوسطة (± 1 SE) في موقعين مختلفين كما يلي: الموقع الجاف: أولا فولفا- 30 مارس (± 1.4 يومًا) BCIF - 10 أبريل (± 0.4 يومًا)1- 14 أبريل (± 0.7 يومًا) BCIB - 23 أبريل (± 0.4 يومًا) I. brevicaulis—الموقع الرطب في 2 مايو (± 0.4 يومًا): أولا فولفا- 30 مارس (± 1.4 يومًا) BCIF - 9 أبريل (± 0.4 يومًا)1- 11 أبريل (± 0.7 يومًا) BCIB - 22 أبريل (± 0.4 يومًا) I. brevicaulis- 1 مايو (0.7 يوم). أشارت نتائج ANOVA ذات الاتجاهين إلى وجود تأثير رئيسي لـ "النوع المتقاطع" ، وليس هناك تأثير رئيسي لـ "الموقع" ، ولا يوجد تفاعل "الموقع × النوع المتقاطع" (الجدول 1). من خلال فحص التأثير الرئيسي المهم (النوع المتقاطع) بشكل أكبر ، كشفت اختبارات Tukey HSD بعد الفجر التي تمثل مقارنات متعددة أن جميع الأنواع المتقاطعة كانت مختلفة إحصائيًا عن بعضها البعض فيما يتعلق ببدء الزهرة (مصححة ص- القيم & lt0.05 لجميع المقارنات العشر).

نتائج تحليل ثنائي الاتجاه للتباين في "تاريخ الزهرة الأولى" تم إجراؤه في موقعين ميدانيين منفصلين

اختبرنا ما إذا كانت الأنماط الظاهرية لتاريخ الإزهار لـ F1 وانحرفت الهجينة الخلفية العكسية بشكل كبير عن النموذج الإضافي للوراثة الجينية. تحت نموذج مضاف بحت ، متوسط ​​تاريخ الإزهار المتوقع لـ F.1 سيكون الهجينة هو تاريخ الإزهار المتوسط ​​لكل من الوالدين من الأنواع النقية ، و F.1 هجينة انحرفت عن هذا النموذج الإضافي ، ولكن فقط مع أهمية هامشية (التباينات الخطية ، F = 2.91 ، 1 د. ص = 0.088 ، الشكل 2). بالنسبة للهجن BCIF ، بالنظر إلى الجمع الصارم ، فإن متوسط ​​تاريخ الإزهار المتوقع للهجن BCIF سيكون 0.75 × متوسط ​​تاريخ الإزهار لـ أولا فولفا + 0.25 × متوسط ​​تاريخ التزهير I. brevicaulis. في الواقع ، انحرفت الهجينة BCIF بشكل كبير عن هذا النموذج المضاف الصفري ، مع ازدهار أزهار BCIF الهجينة قبل 3 أيام فقط من F1 الهجينة ، في المتوسط ​​، ولكن بعد 11.5 يومًا ، في المتوسط ​​، من النقية أولا فولفا الأنواع (التباين الخطي ، F = 4.44 ، 1 د. ص = 0.035 ، الشكل 2). سيكون متوسط ​​تاريخ الإزهار المتوقع للهجينة BCIB ، بالنظر إلى نموذج وراثي مضاف بحت للوراثة ، 0.75 × متوسط ​​تاريخ الإزهار لـ I. brevicaulis + 0.25 × متوسط ​​تاريخ التزهير أولا فولفا، ولم تنحرف الهجينة BCIB بشكل كبير عن هذا النموذج (التباين الخطي ، F = 0.063 ، 1 د. ص = 0.802 الشكل 1).

ملاحظ ضد. متوسط ​​تواريخ بدء الزهرة المتوقعة (± 2 SE) لـ أولا فولفا, I. brevicaulis، F1الهجينة BCIF و BCIB. يشير الخط المائل إلى متوسط ​​تاريخ الإزهار المتوقع تحت نموذج مضاف للعمل الجيني.

تحليل موضع السمات الكمية:

باستخدام CIM متبوعًا بالتحسين باستخدام MIM ، حددنا 17 QTL في مجموعة خرائط BCIF التي أثرت على وقت الإزهار في موائل حقلية واحدة أو أكثر أو سنوات الدفيئة (الجدول 2 ، الشكل 3). في هذا المجتمع الخلفي ، امتلك LG1 أربعة QTL: ثلاثة من QTL كان لها تأثيرات سلبية ، مما يعني أن I. brevicaulis الأليلات تسببت في حدوث وقت الإزهار في وقت سابق. كانت فترات الثقة لهذه QTL الثلاثة متداخلة ، مما يشير إلى أن الجينات التي تسبب أوقات الإزهار السابقة يمكن أن تكون هي نفسها عبر الموائل الثلاثة المنفصلة (موسم الدفيئة 2002 ، مواقع الحقول الرطبة والجافة ، الجدول 2 ، الشكل 3). تم اكتشاف QTL رابع في الجزء العلوي من مجموعة الربط ، وكان لهذا QTL تأثير إيجابي ، مما يعني أن I. brevicaulis تسبب الأليلات في حدوث وقت الإزهار لاحقًا (في الجدول 2 ، الشكل 3 في موقع الحقل الجاف). كانت LG12 هي مجموعة الربط الأخرى الوحيدة في مجموعة خرائط BCIF التي كشفت عن QTL بتأثير سلبي (أي. ، مقدم I. brevicaulis تسبب الأليلات في بدء الإزهار ابكر في موقع الحقل الجاف). في المقابل ، تم اكتشاف QTL الذي تسبب في وقت ازدهار لاحق في موقع الحقل الرطب على LG12. من غير المحتمل أن يكون هذان QTL ، نظرًا لتأثيرهما المعاكس ، ناتجًا عن نفس الجينات. تسبب الـ 11 QTL المتبقية المكتشفة في مجموعة رسم خرائط BCIF في بدء الإزهار لاحقًا. تضمنت هذه المواقع QTL واحدًا (أي. ، التي تؤثر على وقت الإزهار في واحد فقط من البيوت المحمية الأربعة أو الموائل الحقلية) الموجودة في LG2 و LG6 و LG8 و LG9 و LG13 واثنين من QTL متداخلين (يؤثران على وقت الإزهار في اثنين من البيوت الزجاجية الأربعة أو الموائل الميدانية) الموجودة في LG5 ، LG7 و LG11. تم الكشف عن أربعة تفاعلات معرفية بين QTL باستخدام منهجيات MIM: بين QTL 2 و 3 في دراسة الدفيئة لعام 2002 بين QTL 2 و 3 و 3 و 4 في الموقع الجاف وبين QTL 1 و 6 في الموقع الرطب (الجدول 2). في جميع الحالات ، أدت التفاعلات المعرفية بين أليلين إلى حدوث وقت الإزهار في وقت متأخر عما هو متوقع ، بالنظر إلى نموذج مضاف بحت.

خريطة الارتباط للمهيمنة I. brevicaulis علامات عرض IRRE retrotransposon تفصل في F.1 هجين يستخدم لإنتاج أنواع هجينة BCIF. يتم الإشارة إلى QTL الهامة للظواهر المزهرة (مع فواصل الثقة 2-LOD) على يمين مجموعات الربط. الأشرطة الحمراء تمثل المناطق التي تقدم فيها I. brevicaulis تسببت الأليلات في بدء الإزهار في وقت مبكر ، بينما تمثل الأشرطة الزرقاء المناطق التي تتطور فيها I. brevicaulis تسببت الأليلات في بدء الإزهار لاحقًا. تم إجراء تحليلات QTL خلال سنتي الدفيئة 2002 و 2003 وكذلك في قطعتين ميدانيتين (جافة ورطبة) في عام 2006.

QTL لبدء التزهير في موقعين ميدانيين (جاف ورطب) وفي موسمين من الدفيئة (2002 و 2003) تم اكتشافهما في منطقة قبل الميلاد.1 (BCIF) السكان

في مجموعة رسم خرائط BCIB ، استخدمنا CIM متبوعًا بـ MIM ووجدنا ما مجموعه 15 QTL التي أثرت على وقت الإزهار (الجدول 3 ، الشكل 4). 4 فقط من الـ 15 QTL التي تم اكتشافها كان لها تأثيرات إيجابية (أي. ، تسبب في وقت لاحق المزهرة عندما أولا فولفا الأليلات كانت موجودة). تم اكتشاف اثنين من هذه QTL في دراسة الدفيئة لعام 2002 وتم تحديد موقعهما على LG6 و LG15. تم اكتشاف اثنين من QTL الموجبين الآخرين في موقع الحقل الرطب وكانا موجودين في LG9 و LG13. كانت جميع QTL الأخرى في مجموعة خرائط BCIB سلبية أي. ، تسببوا في الإزهار المبكر عند إدخالها أولا فولفا الأليلات كانت موجودة. تم تحديد موقعين QTL متداخلين سالبين على LG2 وتم اكتشافهما في عينة الدفيئة لعام 2002 وموقع الحقل الجاف. تم العثور على اثنين آخرين متداخلين من QTL على LG7 وتم اكتشافهما في دراسات الدفيئة لعامي 2002 و 2003. تم العثور على QTL السلبي المتبقي منفردة (أي. ، تأثرت بوقت الإزهار في واحد فقط من البيوت المحمية الأربعة أو الموائل الحقلية) في LG4 و LG5 و LG10 و LG16 و LG17 و LG20 و LG21. تم الكشف عن ثلاثة تفاعلات معرفية في مجموعة رسم خرائط BCIB: بين QTL 2 و 3 وبين QTL 4 و 5 في دراسة الدفيئة لعام 2002 وبين QTL 1 و 4 في موقع الحقل الرطب (الجدول 3). تسببت التفاعلات المعرفية المكتشفة في دراسة الدفيئة في وقت مبكر للإزهار عند كليهما أولا فولفا كانت الأليلات في QTL المختلفة موجودة. في المقابل ، تسبب التفاعل المعرفي المكتشف في الموقع الرطب في حدوث وقت الإزهار في وقت متأخر عما هو متوقع مقارنة بنموذج مضاف بحت.

خريطة الارتباط للمهيمنة أولا فولفا علامات عرض IRRE retrotransposon تفصل في F.1 هجين يستخدم لإنتاج الهجينة BCIB. يتم الإشارة إلى QTL الهامة للظواهر المزهرة (مع فواصل الثقة 2-LOD) على يمين مجموعات الربط. الأشرطة الحمراء تمثل المناطق التي تقدم فيها أولا فولفا تسببت الأليلات في بدء الإزهار في وقت مبكر ، بينما تمثل الأشرطة الزرقاء المناطق التي تتطور فيها أولا فولفا تسببت الأليلات في بدء الإزهار لاحقًا. تم إجراء تحليلات QTL خلال سنتي الدفيئة 2002 و 2003 وكذلك في قطعتين ميدانيتين (جافة ورطبة) في عام 2006.

QTL لبدء الإزهار في موقعين حقليين (جاف ورطب) وفي موسمين من الصوبات الزراعية (2002 و 2003) تم اكتشافهما في منطقة قبل الميلاد.1 (BCIB) السكان


الإشارات الكيميائية التي توجه التكاثر الأنثوي في ذبابة الفاكهة سوداء البطن

تلعب المواد الكيميائية التي تطلق في البيئة عن طريق الطعام والحيوانات المفترسة والمواد المحددة أدوارًا حاسمة في ذبابة الفاكهة التكاثر. تعيش الإناث والذكور في بيئة مليئة بالروائح ، والتي توصلهم جزيئاتها بتوافر الغذاء أو الزملاء المحتملين أو المنافسين أو الحيوانات المفترسة.تجذب المواد الكيميائية المتطايرة المشتقة من الفاكهة والخميرة التي تنمو على الفاكهة والذباب الموجود بالفعل على الفاكهة ذبابة الفاكهة، وتركز الذباب في مواقع الطعام ، حيث سيتزاوجون أيضًا. يتم عرض الهيدروكربونات الجلدية الخاصة بالأنواع على الإناث ذبابة الفاكهة عندما تنضج ، يشعر بها الذكور وتعمل كالفيرومونات لتحفيز التزاوج من قبل ذكور محددة وتمنع التزاوج غير المتجانسة. يستجيب الملف الشخصي الفرموني للأنثى أيضًا لبيئتها الغذائية ، مما يوفر إشارة صادقة لإمكانية الخصوبة لديها. بعد التزاوج ، يتم نقل الهيدروكربونات الجلدية والسائل المنوي بواسطة الذكر إلى المظهر الكيميائي للأنثى. تجعل هذه الجزيئات الأنثى أقل جاذبية للذكور الآخرين ، وبالتالي تحمي استثمار رفيقها في الحيوانات المنوية. طورت الإناث القدرة على مواجهة هذا التثبيط عن طريق إخراج هيدروكربون السائل المنوي (مع بقية السائل المنوي) بعد بضع ساعات من التزاوج. على الرغم من أن هذا الطرد يمكن أن يستعيد جاذبية الأنثى مؤقتًا ، إلا أنه بعد ذلك بوقت قصير ، يقلل فرمون ذكر آخر ، وهو الببتيد المنوي ، من ميل الأنثى إلى التزاوج مرة أخرى ، وبالتالي يستمر في حماية استثمار الذكر. تستخدم الإناث حاسة الشم والتذوق لاختيار المواقع المثلى لوضع البيض ، ودمج الإشارات لتوافر الغذاء لنسلها ، ووجود ذباب وأنواع ضارة أخرى. نحن نجادل بأن مراعاة الاعتبارات التطورية مثل الصراع الجنسي ، والظروف البيئية التي يعيش فيها الذباب ، تساعد في فهم دور الفيرومونات ومزيجها الخاص بالأنواع ، بالإضافة إلى استجابة الفرد للإشارات الكيميائية الموجودة فيه. بيئة.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


شاهد الفيديو: 2 - الجزيء - الصف الثامن - المدرسة السورية (شهر فبراير 2023).