進(jìn)化理論預(yù)測(cè)，當(dāng)父母之間的遺傳差異既不太小也不太大，但有一些理想量被稱為最優(yōu)交配距離時(shí)，個(gè)體的適應(yīng)性最大化。然而，幾十年的研究通常無(wú)法驗(yàn)證這一預(yù)測(cè)或確定最佳交配距離。為了檢驗(yàn)最佳交配距離的想法，并試圖估計(jì)它，密歇根大學(xué)的兩位進(jìn)化生物學(xué)家分析了之前發(fā)表的關(guān)于三種模式生物之間400多個(gè)遺傳雜交的數(shù)據(jù)，這三種模式生物代表了真核生物的三個(gè)主要譜系：真菌、植物和動(dòng)物。
在最新一期的《科學(xué)進(jìn)展》中，他們報(bào)告了在所有三種模式生物中檢測(cè)到的最佳交配距離——面包酵母、擬南芥植物和老鼠。當(dāng)顯示在圖表上時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)交配距離和適合度之間的關(guān)系呈現(xiàn)出獨(dú)特的駝峰形狀，這是很久以前就預(yù)測(cè)到的，但仍然難以捉摸。在這三個(gè)物種中的每一個(gè)物種中，他們發(fā)現(xiàn)最佳交配距離接近核苷酸多樣性，這是同一物種的兩個(gè)個(gè)體之間的平均遺傳差異。
作者辛竹偉和張的研究成果對(duì)動(dòng)植物育種和保護(hù)具有理論和實(shí)踐意義。張UM是生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系的教授。工作結(jié)束時(shí)，魏是張實(shí)驗(yàn)室的博士生，現(xiàn)在是加州大學(xué)伯克利分校的博士后研究員。
“在動(dòng)植物育種中，不同遺傳距離的近交系雜交產(chǎn)生產(chǎn)量更高的雜交種。為了保護(hù)物種，科學(xué)家有時(shí)會(huì)與來(lái)自兩個(gè)不同且不斷惡化的種群的生物交配，以產(chǎn)生更健康的混血兒，”張說(shuō)。“我們的發(fā)現(xiàn)——物種間的交配接近物種內(nèi)的平均遺傳距離，可以產(chǎn)生最合適的后代——可以指導(dǎo)這些努力?！边@是健身生物學(xué)家用來(lái)描述生物特征增加后代數(shù)量的程度的概念。一件純白色的外套可能會(huì)增加北極野兔在冬天躲避捕食者的機(jī)會(huì)，并在第二年春天存活下來(lái)。在這個(gè)例子中，純白大衣的基因增加了適應(yīng)性。個(gè)體雙親之間的遺傳距離，稱為交配距離，通過(guò)兩種競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制影響個(gè)體的適應(yīng)性。
一方面有利于增加遺傳距離，因?yàn)殡s種優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象也叫雜種優(yōu)勢(shì)。植物和動(dòng)物育種者經(jīng)常利用這種現(xiàn)象的遺傳優(yōu)勢(shì)，通過(guò)兩個(gè)不同的親本系列進(jìn)行共育。這種雜交可以通過(guò)產(chǎn)生更大、更健康的雜交后代來(lái)提高適應(yīng)性——就玉米植物而言，它比其近交親本更有效。然而，由于遺傳不相容，個(gè)體之間過(guò)大的遺傳距離可能是有害的。生物學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直懷疑最佳交配距離代表了一個(gè)中間點(diǎn)，它表明了雜種優(yōu)勢(shì)和遺傳不親和的有害影響之間的平衡。這項(xiàng)新研究證實(shí)了這些懷疑。結(jié)果表明，在植物育種和保護(hù)中，利用接近OMD的交配距離和最佳交配距離可以優(yōu)化一系列與健康相關(guān)的性狀。
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