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ミクロ進化からマクロ進化へ：岩の露頭に適応した高個体群の遺伝構造を持つ新熱帯ブロムリアードからの洞察
From micro- to macroevolution: insights from a Neotropical bromeliad with high population genetic structure adapted to rock outcrops.
PMID: 32681156 DOI: 10.1038/s41437-020-0342-8.
抄録
地理的な孤立や個体数の減少は、局所的な絶滅、選択の有効性の低さ、種分化の減少につながります。しかし、個体群の分化は生物多様化の重要なステップである。同種分化では、地理的に隔離された個体群が分化し、生殖的隔離と生態学的発散の進化が種分化のプロセスを完了するまで存続する。ブラジルの大西洋熱帯雨林(BAF)に生息する自然に分断された岩出し種に対する生息地の分断が進化に与える影響を研究することができた。その結果、個体群内の遺伝的多様性は低から中程度であり、限られた遺伝子の流れ、低い連結性、遺伝的ドリフト、近親交配によって、第四紀の気候変動の中で長期的に隔離された岩出個体群の個体群が持続的に存在していることが明らかになった。ベイズ系統とモデルに基づいたクラスタリング解析の結果、多くのBAF生物に共通して報告されている南北の明確な系統構造は見られなかった。また、更新世初期には2つの主要な系統が約200万年前までに分岐していたが、種の区切り解析では、ほとんどの個体群が独立した進化を遂げた個体群として同定され、この豊かな生物群での高い固有性を促進するためには、不連続な岩の露頭が重要な役割を果たしていることが示唆された。最後に、いくつかの交配と内包が見られたが、同種個体群では限られた遺伝子の流れが見られた。これらのデータは、Pitcairnia flammea種群に見られる広範な分化と限られた遺伝子の流れについての情報を提供しているだけでなく、最近放射された植物の孤立した岩石露頭の小規模で断片的な個体群の遺伝的構造を形成するメカニズムについても情報を提供している。
Geographic isolation and reduced population sizes can lead to local extinction, low efficacy of selection and decreased speciation. However, population differentiation is an essential step of biological diversification. In allopatric speciation, geographically isolated populations differentiate and persist until the evolution of reproductive isolation and ecological divergence completes the speciation process. Pitcairnia flammea allows us to study the evolutionary consequences of habitat fragmentation on naturally disjoint rock-outcrop species from the Brazilian Atlantic Rainforest (BAF). Our main results showed low-to-moderate genetic diversity within populations, and deep population structuring caused by limited gene flow, low connectivity, genetic drift and inbreeding of long-term isolation and persistence of rock-outcrop populations throughout Quaternary climatic oscillations. Bayesian phylogenetic and model-based clustering analyses found no clear northern and southern phylogeographic structure commonly reported for many BAF organisms. Although we found two main lineages diverging by ~2 Mya during the early Pleistocene, species' delimitation analysis assigned most of the populations as independent evolving entities, suggesting an important role of disjoint rock outcrops in promoting high endemism in this rich biome. Lastly, we detected limited gene flow in sympatric populations although some hybridization and introgression were observed, suggesting a continuous speciation process in this species complex. Our data not only inform us about the extensive differentiation and limited gene flow found among Pitcairnia flammea species complex, but they also contain information about the mechanisms that shape the genetic architecture of small and fragmented populations of isolated rock outcrop of recently radiated plants.