Back to chapter

30.4:

גנטיקה של יצירת מינים

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Genetics of Speciation

Languages

Share

אפיון היווצרות אבולוציונית של מינים חדשים קשורה לשינויים גנטיים באוכלוסייה אחת או יותר. שינויים גנטיים עשויים לשנות את ההרכב המולקולרי, ההתנהגות והמבנה הפיזי של אורגניזמים ויוצרים חסמים גנטיים וכתוצאה מכך הפרדת מינים. לדוגמה, במינים של סוג הצמח הפורח פטוניה, גן יחיד קודי לצבע הפרחים שינוי של אותו גן יכול לכפות מחסום גנטי שכזה.צבע הפרח יכול לקבוע איזה מאביק יבקר בפרח ובכך יגרום לבידוד הרבייה היעיל של אוכלוסיות עם צבעי פרחים שונים. דבורים בודדות מאבקות מינים עם פרחים סגולים, יונק הדבש מאביק מינים עם פרחים אדומים בהירים, ועשי נץ מאביקים את אלה עם פרחים לבנים. בסופו של דבר התפתחו מינים שונים של פטוניה.מחסום גנטי נוסף הוא שינוי התוכן הכולל של הכרומוזום של האורגניזם. לדוגמה, רבייה או הכלאה בין מינים שונים של צמחי טרגופוגון הובילו להיווצרותם של מיני טרגופוגון חדשים. מכיוון שלצאצאים ההיברידיים יש יותר משני קבוצות של כרומוזומים הומולוגיים, הם אינם מסוגלים להתרבות עם שני המינים ההורים, למרות שהם פוריים אפילו השילוב הספציפי של גנום אורגניזמים מארחים והגנום של כל החיידקים הסימביוטיים הקשורים אליו עשוי לכפות מחסומים גנטיים ובסופו של דבר להוביל למפרט.לדוגמא, במעברים בין מינים מסוימים של צרעות נסוניה, עד 90%מהצאצאים נעלמים במהלך התפתחות הזחל. ניסויים מראים כי קטלניות היברידית זו נובעת מאינטראקציות בין גנום הצרעות לבין קהילות החיידקים השוכנות שלו, והמחישו כיצד אינטראקציות גנים-חיידקים יכולים לשמור על הפרדת המינים על ידי מניעת רבייה. בעוד שתפקידה של הגנטיקה במפרט הוא תחום פעיל במחקר, שינויים גנטיים המשתרעים על גנים בודדים, הרכב הגנום ואינטראקציה של גנים מרובים יכולים לתרום לבידוד הרבייה ולמפרט.

30.4:

גנטיקה של יצירת מינים

Speciation is the evolutionary process resulting in the formation of new, distinct species—groups of reproductively isolated populations.

The genetics of speciation involves the different traits or isolating mechanisms preventing gene exchange, leading to reproductive isolation. Reproductive isolation can be due to reproductive barriers that have effects either before or after the formation of a zygote. Pre-zygotic mechanisms prevent fertilization from occurring, and post-zygotic mechanisms reduce the viability, or reproductive capacity, of the hybrid offspring.

For example, pre-zygotic mechanisms act early in the life cycle of an organism, imposing the strongest impediment to gene flow, and preventing unfavorable mating combinations. Some mating combinations produce hybrid individuals. Natural selection can work against the production of hybrids with low fitness, thereby increasing reproductive isolation between two species.

Post-zygotic reproductive barriers can be due to the intrinsic inviability of hybrids. Genetic complications resulting from aberrant ploidy levels, different chromosomal arrangements, or gene incompatibilities where the alleles do not function properly contribute to different genetic makeup and alternative developmental pathways in hybrids. These genetic alterations affect both plants and animals, leading to post-zygotic isolation and speciation.

Epistasis, or non-allelic gene interactions, is a distinctive feature contributing to speciation. The effect of a gene variant is dependent on the genetic background in which it appears. For example, an allele giving rise to a normal phenotype in members of the same species may function poorly in the genetic environment of hybrids. This hybrid weakness can also lead to reproductive isolation and speciation.

Suggested Reading

Dagilis, Andrius J., Mark Kirkpatrick, and Daniel I. Bolnick. "The Evolution of Hybrid Fitness during Speciation." PLoS Genetics 15, no. 5 (2019): E1008125. [Source]

Magurran, A. E., R. M. May, Jerry A. Coyne, and H. Allen Orr. "The Evolutionary Genetics of Speciation." Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 353, no. 1366 (1998): 287-305. [Source]

Wade, M. J. "A Gene's Eye View of Epistasis, Selection and Speciation." Journal of Evolutionary Biology 15, no. 3 (2002): 337-46. [Source]