Science专刊论文解读：我国科学家揭开黔金丝猴起源之谜

说起金丝猴，你我的脑海说不定都会浮现出这样的一幅画面：在郁郁葱葱的森林中，一只只金色的小精灵在三五成群地玩耍，它们金黄色的毛发在林冠穿射下的阳光里尤为耀眼……是的，金丝猴之名源自其夺目的金色毛发，但事实上并不是所有的金丝猴是纯金色的。例如黔金丝猴，它的头部与肩膀等处的毛发是金色的，而身体其他部位的毛发却是灰黑色的。这种多色毛发的特征从何而来，与浑身金毛的川金丝猴有何演化上的渊源呢？近日，以云南大学于黎研究员团队为主的联合研究团队通过基因组分析，揭开了黔金丝猴的身世之谜。该研究是灵长类基因组计划的项目之一，已于近日以专刊成果之一发表于知名学术期刊《科学》（Science）。

 

比大熊猫还稀少的“世界独生子”

人们耳熟能详的金丝猴其实并不就是一种，而是一类猴子的统称。金丝猴在生物分类学上属于灵长目猴科下的仰鼻猴属（Rhinopithecus），共包含5个物种，分别是川金丝猴(R. roxellana)、滇金丝猴(R. bieti)、黔金丝猴(R. brelichi)、怒江金丝猴(R. strykeri)和越南金丝猴(R. avunculus)。它们是我国和东南亚部分国家的特有动物，从物种的名字也能大致看出它们各自分布的区域（图一）。其中，浑身只有金色毛发的川金丝猴分布于我国四川、陕西、甘肃和湖北神农架等地区，它也是金丝猴中最先被发现的物种。而滇金丝猴和怒江金丝猴虽然名为金丝猴，毛发却是以黑、白两色为主。黔金丝猴则是第三种情况，它既有金色毛发，又有黑灰色毛发。

 

黔金丝猴不仅毛发特殊，还特别稀少，只有850只左右，仅是大熊猫数量的四分之一，被世界自然保护联盟列为濒危度最高的物种之一。黔金丝猴的分布区也特别狭小，仅仅栖息于贵州北部的梵净山中。由于其生存范围极其狭窄且数量稀少，因此黔金丝猴也被科学家称为“世界独生子”。人不禁好奇，分布如此局限的黔金丝猴是如何起源的？其独特毛发又是怎么来的？和其它几种金丝猴又有怎样的亲缘关系呢？

 

图一：五种金丝猴的地理分布（于黎课题组和张国捷课题组 供图）

 

驱动物种形成的不同机制

从达尔文时代开始，物种的起源和形成就是人们高度关注的科学问题。而经典的物种形成模式是：祖先物种由于种种原因发生了种内分化，不同种群之间发生了地理上的隔离，随后在长时间的自然选择过程中这些群体基因组上的差异逐渐积累，产生生殖隔离，最终形成新物种。基于这个经典模式，著名生物学家恩斯特·迈尔（Ernst Walter Mayr）早在上世纪六十年代就认为，定义一个物种的关键是看这个种群是否能还和其他种群交配并产生可育后代。这一论点被无数人奉为圭臬，且写入我国高中生物教科书的演化章节中。

 

但是，物种的形成机制并没有这么单一和绝对。近几十年的研究显示，除了这种经典的模式外，杂交（hybridization）也是物种形成的重要驱动因素。在刚分化不久的近缘种之间，生殖隔离往往还没有那么强，所以个体之间仍然有几率突破生殖隔离，产生可育后代，并导致物种间的基因交流（gene flow）。若该杂交后代反复和某一亲本回交，并重新融合进该亲本物种时，就使得该亲本物种的一些群体保留下了另外一个亲本物种的基因片段或遗传信息。这一过程我们称为遗传渐渗（Genetic introgression）,它对自然界生物类群独特表型的产生有着重要的促进作用。不过，通过物种之间杂交而形成全新的物种的成种机制在动物界比较少见，尤其是在灵长类鲜有报道。那黔金丝猴会是这种起源方式吗？

 

基因组研究解开谜题

基因组研究是一种在遗传物质层面进行的研究。每一个物种的基因组就像一部大书，用基因这种遗传信息记录着这个物种的特征、发展历史等。研究人员通过对物种遗传信息的解读，破解这本大书并寻找到目标答案。于黎研究员联合数个研究团队，组装出了滇金丝猴染色体水平的高质量基因组参考序列，并在此基础上对5个金丝猴物种106个个体的群体基因组数据进行了群体遗传学分析，得到了既意外又合理的结果。

 

通过对5本“大书”的解读和分析，研究团队发现黔金丝猴的基因组拥有川金丝猴和滇金丝猴与怒江金丝猴的共同祖先这两个谱系的混合遗传组分，即它们相当于黔金丝猴的“爸爸”和“妈妈”。但它的混合又和普通的交配繁衍过程不同。在普通交配繁衍过程中，精卵结合后产生的子代，除了性染色体外，常染色体里的基因组来自双亲遗传组分的比例是1:1。然而，黔金丝猴的基因组里有更高的比例是来自于川金丝猴，也就是说，从基因组的角度来看，黔金丝猴更像川金丝猴（图二）。这大概也正是先前的研究中普遍将其作为川金丝猴姐妹种的原因。

 

图二：基于核基因组推测的黔金丝猴与其它金丝猴物种之间的进化关系（于黎课题组和张国捷课题组 供图）

 

为了弄清楚为什么黔金丝猴的两个亲本来源遗传组分如此不平均，研究人员用基因组反推的方法进行了溯祖模拟（图三）。结果显示黔金丝猴最可能的演化模式是这样的：在大约187万年前，川金丝猴和滇、怒江金丝猴的共同祖先发生过发生杂交事件，由此产生了最初的黔金丝猴群体。由此看来，黔金丝猴确实起源于川金丝猴和滇金丝猴与怒江金丝猴的共同祖先之间的杂交事件。

 

图三：基于模型模拟推测的黔金丝猴杂交起源历史（于黎课题组和张国捷课题组 供图）

 

“世界独生子”的最终形成

解读了来源之谜后，研究人员进一步挖掘黔金丝猴独特毛发颜色的秘密。研究人员通过正选择分析，在黔金丝猴里找到了与特殊镶嵌型毛色形成相关的基因。事实上，金丝猴毛发颜色是由黑色素中褐黑素和真黑素的比例决定，褐黑素占比高导致川金丝猴的毛发金色，而褐黑素比例低则导致滇金丝猴与怒江金丝猴的毛发黑色。在黔金丝猴的头顶和肩部中褐黑素比例较高，即呈现金色；而四肢的褐黑素比例较低，呈现黑色或黑灰色。于黎等人发现在黔金丝猴中5个与黑色素合成相关的基因受到正选择，而它们有着不同的来源——SLC45A2、MYO7A和ELOVL4基因来源于川金丝猴，而PAH和APC基因来源于滇金丝猴与怒江金丝猴的共同祖先(图四）。正是由于这些不同来源的黑色素合成基因，导致了黔金丝猴独特的镶嵌型毛色的产生。

 

黔金丝猴又是如何与其他两个物种形成生殖隔离，最终成为一个独立物种的呢？这也许与其毛发的颜色有关。在动物世界里，外貌特征是动物挑选配偶的重要指标，因为某些外貌特征可以代表这个个体拥有更有优势的基因或者资源。复杂如人类社会，都逃不了外貌优势在择偶上的影响。所以，对毛发颜色的选择过程很可能是两个物种形成生殖隔离的解释——而黔金丝猴的毛发和其他两个物种又都不一样。研究团队推测，虽然川金丝猴与滇、怒江金丝猴的祖先群体发生了杂交，也产生出了最初的黔金丝猴群体。但由于两个亲本物种可能对黔金丝猴独特的混合毛色特征不感兴趣，或者杂交产生的黔金丝猴更偏好于与自己有着相同毛色特征的其它黔金丝猴个体，最终导致黔金丝猴与两个亲本形成了交配前的生殖隔离。

 

而更进一步的生殖隔离就要交给时间了。黔金丝猴的遗传物质在自己的轨道上演化，它的基因组成与另外金丝猴物种的变得愈加不同。在对生殖性状的研究中，研究人员发现有31个继承自川金丝猴的生殖相关基因和36个继承自滇金丝猴与怒江金丝猴共同祖先的生殖相关基因受到了强化（正向选择）（图四）。此外，还有其他方面的遗传物质和基因发生变化。其结果就是，黔金丝猴的基因组已然和两种祖先金丝猴有了足够大的差异，从而产生了交配后的生殖隔离，形成了独立的物种。

 

总之，研究人员揭示了从黔金丝猴的起源到独特毛色形成的遗传机制（图四）。

 

图四：金丝猴杂交事件、毛色形成与生殖隔离的产生。（于黎课题组 供图）

 

借助现代技术和演化理论，科研人员揭开了黔金丝猴的源起之谜的面纱。让我们继续期待着这个“世界独生子”在梵净山安然无恙地绝世独立的生活着，并蓬勃发展，人丁兴旺！

 

本研究成果近日以“Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey”为题发表于《科学》（Science）杂志上。吴宏教授、王则夫教授、章誉兴博士为本文的共同第一作者。于黎研究员、刘建全教授为本文的共同通讯作者。该项研究工作受到国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项以及中央高校基本科研专项资金的资助。

 

参考文献

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