《Molecular Ecology》：Geographic Divergence and the Genomic Basis of Reproductive Diapause in Drosophila triauraria
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这篇综述系统阐述了果蝇（Drosophila triauraria）生殖滞育（reproductive diapause）的纬度梯度变异及其分子基础。研究通过全基因组测序和“单系窗口”分析，揭示了 timeless（tim）基因区域在适应不同光周期和温度中的关键作用，为理解昆虫季节性适应的遗传机制提供了新视角。该工作凸显了昼夜节律钟基因在环境适应中的保守性，并展示了树型分析方法在检测地理分化基因组区域中的实用性。
研究背景
调整繁殖时机以适应环境变化是生物体适应性的核心体现。昆虫的生殖滞育（reproductive diapause）常沿光周期和温度等环境梯度呈现连续变异，但其分子基础及在基因流存在下的维持机制尚不明确。分布于日本列岛广泛纬度范围（约26°N–43°N）的Drosophila triauraria为研究此问题提供了理想模型：北方种群雌蝇在短日照条件下呈现强光周期生殖滞育，而南方种群即使在低温短日照下也不停止卵巢发育。
地理变异与表型分析
研究首先评估了来自日本列岛不同纬度21个品系的雌雄个体在12°C、15°C和18°C下的光周期和温度敏感性。结果表明，雌性生殖滞育发生率存在连续的地理变异：高纬度品系在短日照（8L:16D）低温下滞育率高，而低纬度品系在任何条件下均不滞育。中纬度品系在15°C和18°C下表现类似高纬度品系的光周期响应，但在12°C长日照（16L:8D）下约半数个体进入滞育，提示其温度敏感性更高。雄性附属腺（accessory gland）大小分析显示，其生殖抑制较雌性弱，低纬度品系雄性在任何条件下均未出现生殖停滞。
雄性生殖器形态多态性
雄性生殖器（aedeagus）背侧爪形态存在北型（N，较大）和南型（S，较小）多态性。低纬度品系仅具S型，而多数中、高纬度品系同时存在两种类型。这种形态变异与滞育表型不完全一致，表明相关基因组区域可能在基因流背景下独立分离。
基因组分化与候选区域识别
全基因组系统发育分析显示D. triauraria与D. auraria形成独立支系，D. triauraria内部存在弱南北分化。为识别与地理分化相关的基因组区域，研究采用“单系窗口（monophyletic window）”分析法。在高纬度品系中，鉴定出58个5 kb窗口（主要集中于X染色体和2号染色体左臂），其中2L染色体上两个连续窗口包含timeless（tim）基因。该区域存在推测的E-box和TER-box序列 motif，并在高纬度品系中固定了11个多态位点。低纬度品系中鉴定出188个单系窗口，涉及eyes shut（eys）、Nahoda、Sox100B等基因。
tim基因表达与滞育关联
通过3' RACE在D. triauraria中鉴定出tim-L（长异构体）和tim-sc（短异构体）异构体。定量PCR显示，在高纬度品系ONMA20-3中，tim-L异构体组在长日照（16L:8D）下的表达量显著高于短日照（8L:16D），而tim-sc组无显著差异。跨品系分析表明，低纬度品系tim-L表达显著低于高、中纬度品系。线性回归模型筛选发现，长日照与短日照条件下tim-L表达差异（?LD-SDtimL）与雌性滞育发生率差异显著相关（β = 0.948, p = 0.0293），提示tim-L在光周期调节生殖滞育中起作用。
讨论与进化意义
研究表明，D. triauraria生殖滞育的纬度变异可能由多个基因控制，其中tim基因候选区的分化与表型差异相关联。tim是核心昼夜节律基因，其TIM蛋白被光受体CRYPTOCHROME（CRY）结合后降解，参与光周期重置。在D. melanogaster中，TIM-SC通过稳定EYA蛋白影响滞育，但tim-L对滞育的直接作用尚不明确。D. triauria可能源自热带，后扩散至温带/亚北极地区。系统发育显示低纬度和屋久岛品系位于基部支系，支持热带起源假说；但整个auraria种团成员均具滞育能力，又提示祖先可能已适应凉爽气候。tim基因区系统发育未显示高、低纬度等位基因间的直接衍生关系，表明它们可能从基础状态独立分化，在物种形成前后出现，随后沿纬度梯度分化。
结论
本研究通过综合表型分析、基因组比较和基因表达验证，揭示了D. triauraria生殖滞育纬度变异的遗传基础，特别强调了tim基因及其异构体在光周期响应中的潜在作用。研究结果增进了对昆虫季节性适应分子机制的理解，并证明了基于树型分析方法在检测地理分化基因组区域中的有效性。
