Kinesiske frugtflue genomer afslører globale migrationer, gentagen evolution

Frugtfluer (Drosophila melanogaster), som mennesker utilsigtet har spredt rundt på kloden, ankom til Kina for omkring 4.000 år siden, ifølge en ny populationsgenomisk undersøgelse, der bidrager til vores forståelse af insektets globale migration, demografi, genflow og tilpasninger.

Forskerne fandt ud af, at kinesiske frugtfluepopulationer er blevet genetisk isoleret, hvor denne isolation afspejler Kinas gamle kultur og relativt lukkede samfund med begrænset handel med Asien og Europa i mange århundreder. Denne isolation gjorde det også muligt for forfatterne at se, om lignende evolutionære pres resulterede i lignende genetiske ændringer, en test af evolutionens repeterbarhed.

"Den fantastiske historie om Drosophila melanogaster er, at deres genetiske forskelle mellem populationer afspejler, hvordan mennesker spredes fra en oprindelse i Afrika, efterfulgt af migration ud af Afrika, men det er meget nyere," sagde Andrew Clark, Jacob Gould Schurman-professor i befolkningsgenetik i College of Arts and Sciences. Clark er med-korresponderende forfatter til undersøgelsen offentliggjort 17. april i tidsskriftet Science Advances . Jian Lu, professor i evolutionsbiologi ved Peking Universitet, Kina, og tidligere postdoktor i Clarks laboratorium, er den anden tilsvarende forfatter.

Forfatterne kombinerede deres egne resultater med tidligere undersøgelser og foreslår, at D. melanogaster opstod i det sydlige Afrika og migrerede ud af det nordlige Afrika for omkring 9.000 år siden. Derfra udvidede fluerne sig til Østasien og Kina (~2,8-4,4 tusinde år siden), til Europa (~1,8 tusinde år siden), og senest til Nordamerika (kun ~150 år siden) og Australien (~100 år siden) siden).

Fluerne er en menneskelig kommensal - en organisme, der drager fordel af en forbindelse med en anden organisme, der hverken opnår gavn eller skade. De trives med rådnende frugter i frugtplantager og vinmarker.

"Mennesker tog turen ud af Afrika i størrelsesordenen 80.000 år siden eller deromkring, men landbrugsproduktionen af ​​frugt begyndte for mindre end 10.000 år siden," sagde Clark. "Det er virkelig moderne menneskehandel, der hjalp med at sprede fluer over hele kloden."

I undersøgelsen sekventerede forskerne genomerne af 292 D. melanogaster-stammer fra forskellige omgivelser i Kina og analyserede dem sammen med tidligere offentliggjorte genomsekvenser. De fandt, at stammerne fra Kina repræsenterede en unik afstamningsgruppe med mærkbar differentiering blandt underpopulationer i Kina. Artiklen præciserede omfanget og varigheden af ​​de kinesiske befolkningers isolation, et resultat, der kun var blevet antydet i tidligere undersøgelser.

Den globale befolknings genomiske data gjorde det muligt for forskerne at udvikle en computermodel til at estimere tidspunkterne, hvor D. melanogaster ankom til hvert kontinent, og udlede, hvordan genetiske ændringer, som klynges sammen i genomerne af nært beslægtede stammer, svarer til geografiske bevægelser.

D. melanogaster er en modelorganisme, der bruges i vid udstrækning af forskere til at studere grundlæggende udviklingsprocesser og genregulering, såvel som det genetiske grundlag for miljøtilpasning. I undersøgelsen identificerede Clark, Lu og kolleger genetiske ændringer som reaktion på insekticider.

"Når mennesker anvender insekticider, lægger det et fantastisk pres på en befolkning, og mange insekter udvikler resistens relativt hurtigt," sagde Clark. Disse ændringer er ofte genetisk ret simple, sagde Clark, og involverer blot nogle få gener, der har en stor effekt, i modsætning til komplekse egenskaber, der kan involvere hundredvis af gener.

De tilpasninger, der fandt sted i de kinesiske populationer, var uafhængige af andre geografiske populationer, og forekom som unikke mutationer i de samme gener, som findes i andre populationer, der har udviklet insekticidresistens. "Det er et godt eksempel på en naturlig gentagen evolutionsforsøg med stort set det samme resultat," sagde Clark.

Flere oplysninger: Junhao Chen et al., Fra Afrika syd for Sahara til Kina:Evolutionær historie og tilpasning af Drosophila melanogaster afsløret af befolkningsgenomik, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adh3425

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Cornell University