更少，但更多：一种以大规模基因丢失和扩增为特征的新进化情景

进化传统上与增加复杂性和获得新基因的过程有关。然而，基因组时代的爆发表明，基因丢失和简化是物种进化中比以前认为的更频繁的过程，可能有利于促进生物体生存的新生物适应

这一进化驱动因素似乎与直觉相反——从遗传的角度来看，“少即是多”——现在揭示了一个令人惊讶的维度，它对“少而多”的新进化概念做出了回应，即大量基因丢失，然后通过基因复制进行大规模扩增的现象

这是发表在《分子生物学与进化》杂志上的一篇文章的主要结论之一，该文章由巴塞罗那大学生物学院遗传学系和生物多样性研究所（IRBio）的一个团队领导，冲绳科学技术研究所（OIST）的团队也参与其中

该论文确定了新的进化模式，并概述了一种新的情景，其特征是生物体中大规模基因丢失和复制驱动的遗传变化和进化适应的巨大潜力

更少，但更多：一种新的进化情景

关于基因缺失对物种多样性的影响以及行星生命树中进化创新的出现，仍然存在许多问题

“基因丢失是整个生物尺度上的一种普遍机制，代表了一种可以产生遗传变异和生物适应的进化驱动力，这传统上被称为‘少即是多’假说，”该研究的负责人、UB遗传学、微生物学和统计系进化与发展综合研究小组（Evo Devo）成员Cristian Cañestro说

现在，这篇论文描述了一个新的进化框架，称为“少，但多”，它在基因丢失作为进化驱动力的重要性方面扩展了之前的模型

这项研究是Gaspar Sánchez Serna博士论文的一部分，重点研究Oikopleura dioica物种的基因组，这是一种海洋浮游动物的游泳生物，属于脊椎动物的姐妹群——介壳类，与进化史在系统发育上有联系。在这个研究模型中，研究小组重建了成纤维细胞生长因子（FGF）基因家族的进化历史，这在生物体的发育过程中至关重要

“研究结果表明，基因丢失的过程将FGF生长因子基因家族的数量从8个减少到只有2个，即Fgf9/16/20和Fgf11/12/13/14家族。这些幸存的亚家族在进化过程中翻了一番，在阑尾患者中总共产生了10个基因，”该论文的第一作者Sánchez Serna解释道

“特别是，Fgf9/16/20和Fgf11/12/13/14可能代表了一组最小的亚家族，它们分别具有保守的分泌和细胞内功能，并揭示了FGF系统进化的重要信息，”他继续说道

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从固着生活到主动游泳

这项研究为脊索动物组FGF亚家族的进化提供了新的视角，起源于附肢谱系基部的祖先基因家族在从海鞘分化后大量丢失和复制。所有这些变化都导致了不同种类的自由生活被膜动物（如O.dioica）之间的形态分化

Sánchez Serna说：“我们的研究提出了一个新的假设，即FGF基因的丢失和复制可能与发育变化有关。我们谈论的是进化创新——形态和身体计划的变化等——这些创新推动了从海鞘样固着生活方式向自由生活、积极游泳的形式（如附肢动物）的进化。”

该研究还确定了来自世界不同地区的O.dioica FGF基因结构的差异，为这些快速进化的种群如何成为隐性物种（即由迄今为止被归类为同一物种的形态和基因组非常相似的生物体组成）提供了首个分子证据

Cañestro总结道：“少但多”的进化模型“有助于我们理解，有时失败会为后续的收益开辟新的可能性，因此，损失对于支持新适应的进化起源是必要的。” More information: Gaspar Sánchez-Serna et al, Less, but More: New Insights From Appendicularians on Chordate Fgf Evolution and the Divergence of Tunicate Lifestyles, Molecular Biology and Evolution (2024). DOI: 10.1093/molbev/msae260

Journal information: Molecular Biology and Evolution