水生所在鱼类物种分化与快速物种形成领域取得新进展

　　

在演化生物学中，物种分化与物种形成是解释生物多样性起源的核心科学问题之一。不同种群如何在生态选择与遗传变异的共同作用下产生分化，并最终演化为彼此独立的新物种，是理解适应性辐射、生态分化及基因组演化规律的关键。鱼类由于其生态类型丰富、形态可塑性强、演化速率差异显著等因素，成为研究物种形成机制的理想类群。其中，高原鱼类在强烈环境梯度和地理隔离背景下的快速分化过程，以及非洲三大湖慈鲷鱼类在短时间内发生的大规模适应性辐射，被公认为研究鱼类物种分化与快速物种形成的经典模型。

近日，中国科学院水生生物研究所何舜平院士团队与英国布里斯托大学Martin J Genner教授合作，在非洲马拉维湖慈鲷鱼类的体型演化与快速物种形成研究中取得新进展。研究聚焦马拉维湖流域开放水域捕食性慈鲷鱼类Rhamphochromis属（图1），系统解析了体型差异在该类群快速物种分化过程中的演化模式及其基因组基础。研究团队利用全基因组测序数据发现，Rhamphochromis属鱼类显著的体型差异在演化过程中多次独立产生，并伴随着明确的古老种间杂交信号。通过全基因组关联分析，鉴定出一系列与体型大小显著相关的遗传变异，这些变异主要富集于与脊椎动物骨骼发育和神经系统功能相关的基因，表明体型演化并非单一性状变化，而是与形态建成和行为调控网络密切耦合。

研究进一步以马拉维湖流域内一个直径仅约600米、与马拉维湖地理隔离但水系相连的火山口湖——Kingiri湖为研究体系，深入解析同域物种形成过程。结果显示，Kingiri湖中两种同域共存、生态形态显著分化的Rhamphochromis物种（一种小型体型，另一种大型体型）拥有共同的祖先，并在约2000年前发生快速分化。群体基因组分析表明，在这一极短时间尺度内，大体型物种受到强烈的定向选择作用，选择信号主要集中于与解剖结构发育和神经系统功能相关的遗传变异，支持体型相关性状在同域物种形成中的关键驱动作用。

该研究从基因组层面为“体型驱动的生态物种形成”提供了直接证据，表明体型相关遗传变异是马拉维湖慈鲷鱼类大规模适应性辐射过程中的重要选择靶标，也证明了在火山口湖这一特殊生态系统中，同域物种形成可以在极短时间内快速完成。相关研究成果以“Dynamic body size evolution during speciation of predatory cichlid fishes in the Lake Malawi superradiation”为题，发表于Genome Research。水生所杨连东研究员与英国布里斯托大学Holly Scott为论文共同第一作者，英国布里斯托大学Martin J Genner教授为通讯作者。

图1. 非洲马拉维湖及其卫星湖的分布与Rhamphochromis属鱼类的体型大小变异

近年来，何舜平院士团队围绕“鱼类物种形成与基因组演化机制”持续开展系统研究，逐步构建起从高原到热带湖泊、从地理隔离到同域物种分化的研究框架。2023年1月，团队在National Science Review发表青藏高原的裂腹鱼类同域物种形成的成种模式，揭示了生态分化驱动的快速遗传隔离机制；2023年2月在Science China Life Sciences报道了青藏高原的黑斑原鮡对激流环境的适应性演化机制；2023年5月在Molecular Biology and Evolution系统解析了青藏高原的高原鳅属鱼类的网状进化历史。上述成果与本次马拉维湖慈鲷鱼类研究相互呼应，从不同生态背景和时间尺度出发，系统揭示了鱼类物种分化与快速物种形成的多样化演化路径，进一步巩固了水生所在该研究领域的国际影响力。

相关论文链接：

1）Genome Research论文：Dynamic body size evolution during speciation of predatory cichlid fishes in the Lake Malawi superradiation

https://genome.cshlp.org/content/36/5/949

2）National Science Review论文：Sympatric or micro-allopatric speciation in a glacial lake? Genomic islands support neither

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac291

3）Science China Life Sciences论文：Enlarged fins of Tibetan catfish provide new evidence of adaptation to high plateau

https://link.springer.com/article/10.1007/s11427-022-2253-7

4）Molecular Biology and Evolution论文：The Role of Introgression During the Radiation of Endemic Fishes Adapted to Living at Extreme Altitudes in the Tibetan Plateau

https://doi.org/10.1093/molbev/msad129