最新Science論文：揭示黔金絲猴身世之謎

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北京時間2023年6月2日凌晨，云南大學于黎研究員團隊和四川大學劉建全教授團隊在《科學》(Science)上聯合發表論文，揭秘了國家一級保護動物黔金絲猴的身世起源。

《科學》論文截圖

這篇論文的科學結論，可以用一個故事講述出來： 很久很久以前，大約距今187萬年的時候，一只黑灰色的雄性金絲猴離開了自己的原生家族。此時它正沉浸在被同胞驅逐的悲痛中，完全沒意識到自己將成為“猴族亞當”，開辟一個前所未有的嶄新物種。 它在流浪中遇到了一個陌生的川金絲猴群。這些猴子有著跟自己相似的朝天鼻，但毛發是金黃色的。它太渴望贏得一個自己的家了，于是向這個猴群的大家長發起了挑戰。經過一番激烈的戰斗，它贏了，戰利品是群里的所有母猴。它和這些母猴生下的后代，身上既有金色的毛發，也有黑灰色的毛發。 這些半黑半金色的母猴后來又被流浪的川金絲猴再次“霸占”，讓它們的后代基因組更加匯合，氣候變化和西南山地則讓它們比以前更為孤立，經過漫長的隔離演化，最終形成了今天的黔金絲猴。 什么？大名鼎鼎的國家一級保護動物，被譽為“世界獨生子”的黔金絲猴，竟然是雜交起源的物種？  

黔金絲猴同倍性雜交物種形成示意圖 受訪者供圖（下同）

黔金絲猴身上的“馬賽克”從何而來？

世界上現存的金絲猴共有5種：川金絲猴、滇金絲猴、黔金絲猴、越南金絲猴，以及緬甸金絲猴（怒江金絲猴）。其中川金絲猴、滇金絲猴、黔金絲猴都是中國特有種。 打眼看去，川金絲猴有一身華麗的金毛；滇金絲猴、緬甸金絲猴則走優雅的黑白灰路線。它們的外形特征都非常鮮明。 相比之下，黔金絲猴的造型則非常混搭，金色和黑灰色在它們身上交替出現，仿佛在兩種截然不同的時尚風格間搖擺不定。 4年前，云南大學研究員于黎做了一場學術討論，正是關于這些金絲猴屬物種之間的親緣關系。臺下的四川大學教授劉建全看到她展示的圖表后，心頭一亮。他立刻意識到，黔金絲猴很有可能是一個雜交起源的物種。 很快，劉建全和于黎團隊建立了合作。他們基于全基因組數據，發現黔金絲猴的基因組中存在大量遺傳匯合信號，其中約70%左右的遺傳組分來自于川金絲猴，30%來自于另一種古金絲猴，后者已經分化為兩個現存物種：滇金絲猴和緬甸金絲猴。 黔金絲猴身上如馬賽克般駁雜的金色毛發和黑灰色毛發，正是兩個親本譜系間分化基因鑲嵌痕跡的最直觀表現。 “一個新物種的形成，最關鍵的環節就是形成生殖隔離。”劉建全向《中國科學報》解釋，“我們的研究發現，黔金絲猴這個物種最初的生殖隔離，就可能是通過毛發顏色的差異而實現的。” 物以類聚——金絲猴在選擇配偶的時候，應該會優先選擇跟自己毛發顏色一樣的個體。這種性選擇上的偏好，讓雜交金絲猴與其他金絲猴漸行漸遠，最終形成了一個穩定、獨立的新物種。 未參與這項研究的中國科學院院士魏輔文如此點評：“這是首次在靈長類動物中發現同倍性雜交物種形成現象，并且成功鑒定了驅動雜交物種起源的關鍵基因；這個雜交物種形成事件是相對古老的，因為參與其中的一個親本物種已經分化為兩個現存物種，這種情況明顯不同于以前報道的動物雜交物種。”

這篇論文背后，還有一段坎坷往事

乍聽上去，這個科學成果似乎很簡單，小學生也不難理解。但外行看熱鬧，內行看門道，這項工作所用到的理論假設和分析方法，并不一般。 2021年，劉建全團隊在《分子植物》上發表了一項研究，提出了同倍性雜交物種形成的簡潔模型，并依據模型開發了鑒定雜交物種形成關鍵基因的新方法。 群體基因組顯示，雜交物種的基因交替地來自兩個親本物種，但這樣的基因太多了，怎么找到最初驅動雜交物種形成的那個關鍵基因呢？這是這篇文章要回答的一個最重要的問題。 研究團隊足足思考了近三個月。劉建全提出了三個原則：第一，這個關鍵基因一定是在雜交物種和兩個親本物種群體中幾乎都固定的基因；第二，這些基因一定比其他基因進化快，也就是在親本物種之間有正選擇信號；第三是最巧妙也最飽受質疑的一點：根據他們的模型，這些基因交替進入了雜交物種，那么就可以把雜交物種與其中一個親本物種作為一組，與另一個親本物種進行比較，篩選來自該親本的驅動雜交物種形成的關鍵基因；反過來，又可以拿到來自另一個親本物種的關鍵基因。 這套模型和方法對年代久遠的雜交物種形成事件特別有優勢。就像最新這個案例中，黔金絲猴的一個祖先物種早已不復存在，并且分化為兩個現存物種。傳統的系統發育分析方法無法很好地驗證這種情況。 此外，受技術和取樣所限，過往的很多同類研究只關注少量個體之間的生殖隔離，這些遺傳突變可能只是群體內的變異，對物種種群之間的生殖隔離貢獻較少。而在這套方法的幫助下，科研人員能夠獲得導致種群間生殖隔離的，最重要的物種形成驅動基因。 運用這一模型和方法，研究人員揭示了一系列古老雜交物種形成的遺傳機制：樺木科鵝耳櫪屬千金榆組、獼猴屬食蟹猴組……而我們熟悉的亞洲黑熊，竟然來自北極熊-棕熊-美洲黑熊祖先物種和馬來熊-懶熊祖先物種的古老雜交事件！  

劉建全團隊完成或參與共同完成的古老雜交物種形成事件 在劉建全自己看來，這篇2年前的《分子植物》論文，有著完全不低于今天這篇《科學》論文的價值。 然而，前者的經歷卻非常坎坷：從2018年到2021年，光投稿就用去了3年，來來回回審稿和修改不下20次，被拒稿大約18次。 編輯和審稿人很難相信，原來認為非常復雜的雜交物種形成，居然可以用這么簡單的方法表示，居然還可以根據模型快速拿到生殖隔離的關鍵基因！ 在被多家國際頂刊拒稿后，中國主辦的《分子植物》雜志接收了它。國際匿名審稿人認為，“這篇論文提供的方法有望成為今后研究同倍性雜交物種的金標準”。 這個故事可謂是一個縮影，類似這樣完全由中國學者自己開創的模型和方法，在面向國際期刊投稿時，常常會遇到很多阻礙。好在他們的模型與方法成功發表后，經受住了國內外同行的反復實踐檢驗。一年后，這篇論文被收錄為ESI高被引論文。 此后，他團隊和合作團隊運用這個模型和方法取得了一系列科研成果，它們的發表都變得格外順利。

開辟“進化網”中的另類篇章

作為進化生態學領域的知名學者，劉建全的學術生涯都是在祖國遼闊的西部地區展開的。

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劉建全

劉建全是個“老野外”，30年來長期堅持在青藏高原及周邊地區開展科考工作。在這片天然的“實驗室”里，他發現，不管動物還是植物，只要是兩個以上的同屬近緣物種生長在一起，就很容易出現雜交個體。 他還注意到藏民家里養殖的家牦牛，總是多多少少會有些黃牛的特征。經過檢測，果然90%以上的家養牦牛體內都有黃牛的基因。 這些經歷讓他對雜交物種的形成產生了非常強烈的興趣。 “做進化生態學的人常常會提到一個詞：進化樹。一個物種分化為兩個以上的新物種時，就會像枝葉開岔一樣，形成樹狀的進化圖譜。但科學家在構建這些進化樹的過程中，常常會發現廣泛存在的網狀結構。這些網格，就是雜交物種形成的地方。”劉建全說，“人們越來越意識到，雜交本身就是自然界物種形成的一大驅動力，在這個領域取得的理論和方法突破，對我們進一步理解地球生物的多樣性，有著非常重要的意義。” 未參與本項工作的中國科學院院士張亞平也表示：“這些發現進一步說明，利用系統發育分析方法構建‘生命之樹’的時候，要考慮雜交物種形成導致的‘網狀樹’狀況。”。 面對未來，劉建全還有一個聽起來有點“瘋狂”的夢想：“目前我們生活必需的各種家禽家畜，都是很久以前老祖宗馴化野生物種培育出來的。如果我們可以運用自然界揭示的雜交物種形成機制，人工培育出家禽家畜雜交新物種，再將它們培養成新品種，也許能很大程度上豐富甚至改變人們的生活。”  相關論文鏈接： https://doi.org/10.1126/science.abl4997 https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.11.008