合作繁殖的数量遗传学研究

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合作繁殖是指部分个体放弃了自身的繁殖机会而去帮助其他同种个体抚育后代的一种自然现象。这一现象广泛地存在于许多动物类群中,包括甲壳类,如十足目枪虾科的部分物种。合作繁殖在不同的类群中表现出的合作方式也具有多样性,包括孵卵、饲育幼体、保卫领域、抵御天敌等。

    尽管已经有少数研究开始使用数量遗传学方法证明了合作繁殖的遗传基础,然而尝试理清各种遗传组分对合作行为影响的研究还很缺乏。在汉斯出版社《自然科学》期刊中,有论文简单总结了合作繁殖的数量遗传学研究的现状,以及面临的问题,并为在广义遗传的框架下使用数量遗传学方法估计遗传变异中各种基因和非基因组分提供了可能的方向。

    数量遗传学是一门应用了统计学和群体遗传学研究数量性状遗传的学科,由英国统计学家和遗传学家Fisher、美国遗传学家Wright和英国生理学家和遗传学家Haldane奠定了理论基础,发展完善至今已经有近百年的历史,一开始由于计算遗传力等遗传参数需要在已知种群遗传家系的基础上完成,因此最初多只运用与于动植物育种的研究中。但亲本鉴定技术等分子生物学手段的出现和发展,使得我们有可能通过长期积累的数据解决野生种群进化动态的一些问题。

    过去,人们往往专注于基因在遗传和进化中的作用,已经有研究发现了似乎影响社会行为的基因,例如在火蚁的种群中,单雌和多雌群体之间的区别似乎是由于单个基因GP-9的等位基因变异;南非的海角蜜蜂中出现有孤雌产雌能力的自私工蜂是由LOC409096的基因上一个位点的单核苷酸多态性(SNP)导致的。

    在合作繁殖等行为的广义遗传中,文化或者说社会学习,是十分重要的部分。行为性状要满足通过文化来继承,必须要满足以下条件:1)可以通过社会学习习得;2)世代间应当有重叠从而使得年轻个体可以向年老的个体学习;3)要有足够长的表达时间使得可以被年轻个体学习;4)个体必须能够概括社会信息并在新的环境中运用。通过对银喉长尾山雀的研究我们可以推测文化在合作繁殖中的作用:帮助者会倾向于帮助有亲缘关系的个体,研究表明它们的亲属识别是通过鸣叫的相似性来决定的,而鸣叫是个体发育过程中学习的结果,因此文化很可能在这其中发挥作用。

    为了更深入了解合作繁殖的进化潜力与机制,可以选择合适的系统,通过交叉寄养实验以及亲本鉴定技术获得社会家谱和遗传家谱,结合数量遗传学方法来解释和评估亲本效应和社会学系(文化)等非基因遗传因素的影响。随后还可以使用数量性状基因座(QTL)和全基因组关联研究方法来寻找造成合作倾向表性差异原因的遗传多态性。运用数量遗传学方法,我们将有机会更深入地了解合作繁殖的进化,突破传统生态学研究的瓶颈。
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