Nature Ecology & Evolution (IF=15.46) 2021-12-23
厦门大学 张瑶课题组 & 香港中文大学 罗海伟课题组
早在几亿年前，原绿球藻就生活在地球上了，它们给原本“缺氧”的地球带来了繁荣的“大氧化”时代，为后续生物进化的高速发展提供了重要条件。而今，作为海洋里最重要的初级生产者，原绿球藻通过光合作用每年固定约40亿吨碳，是“海洋碳汇”的重要贡献者。作为地球演化过程中极其重要的生物以及当今海洋里最重要的初级生产者，原绿球藻具有无可替代的进化和生态学意义。原绿球藻数量庞大、分布广泛。而“遗传漂变”是种群基因库在代际发生随机改变的一种过程，通常在小群体里尤为明显。多年来，学界一直默认原绿球藻有效种群规模很大，进而认为自然选择在原绿球藻进化适应过程中极其有效，忽略了遗传漂变的作用。该研究首次通过不断调试实验参赛，建立了原绿球藻稳定的单克隆实验室培养方案，并实现了稳定的传代。研究发现原绿球藻基因突变的速率很慢，这也颠覆了学界认知。此外该研究计算出原绿球藻的有效种群规模仅为1.68 × 107，小于许多典型的海洋自由生活菌；进一步分析发现，原绿球藻虽分布广泛，但不同的小生境被不同代谢特点的孤立种群所占据。但同时各种群之间彼此孤立，不发生基因交流，种群内部基因重组水平较低。因此，研究提出了“周期性选择”的原绿球藻遗传漂变加强机制，给寡营养海域中优势菌群常见的基因缩减现象，在传统的“寡营养环境适应”观点之外，提供了一种创新的观点和理论。这个世界上有非常多的物种，它们并不一定都是自然选择选出的佼佼者，有些物种它可能只是幸运地存活了下来而已。虽然大众已经普遍理解并笃信了‘自然选择’的作用，但我们不能因此就忽视了‘遗传漂变’的作用。该研究的一系列发现，打破了学界对原绿球藻进化的固有认知。
原文及链接：Prochlorococcus have low global mutation rate and small effective population size. https://doi.org/10.1038/s41559-021-01591-0.
https://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.5638369.v2
