การผสมข้ามพันธุ์และการไหลของยีนระหว่างสปีชีส์

การผสมข้ามพันธุ์ระหว่างสปีชีส์ที่แยกจากกันบางส่วน และการถ่ายทอดยีนที่เกิดขึ้น สามารถทั้งขัดขวางและส่งเสริมวิวัฒนาการ ทำให้ขอบเขตของสปีชีส์พร่าเลือน และบางครั้งก็สร้างสายเลือดใหม่ขึ้นมา

Definition

การผสมข้ามพันธุ์ (hybridization) คือการผสมพันธุ์ระหว่างสมาชิกของประชากรหรือสปีชีส์ที่มีความแตกต่างทางพันธุกรรม และการไหลของยีนระหว่างสปีชีส์ หรือการถ่ายทอดยีน (introgression) คือการรวมเอาสารพันธุกรรมจากสปีชีส์หนึ่งเข้าสู่อีกสปีชีส์หนึ่ง กระบวนการเหล่านี้เผยให้เห็นว่าขอบเขตของสปีชีส์มักจะสามารถซึมผ่านได้มากกว่าที่จะเป็นแบบเด็ดขาด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงเขตลูกผสม (hybrid zones) ที่สปีชีส์ที่เกี่ยวข้องมาพบกันและผสมพันธุ์กัน การถ่ายทอดอัลลีลข้ามขอบเขตสปีชีส์ ผลกระทบทางวิวัฒนาการของการผสมข้ามพันธุ์ รวมถึงการถ่ายทอดยีนเพื่อการปรับตัว (adaptive introgression) และการเกิดสปีชีส์ลูกผสม (hybrid speciation) และรูปแบบทางจีโนมของการไหลของยีนที่เผยให้เห็นถึงความพรุนของสปีชีส์

Core questions

• เขตลูกผสมคืออะไร และเผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับการแยกกันทางการสืบพันธุ์?
• การถ่ายทอดยีนเคลื่อนย้ายยีนข้ามขอบเขตสปีชีส์ได้อย่างไร?
• เมื่อใดที่การผสมข้ามพันธุ์เป็นพลังสร้างสรรค์ เช่น ในการถ่ายทอดยีนเพื่อการปรับตัว หรือการเกิดสปีชีส์ลูกผสม?
• ข้อมูลจีโนมเผยให้เห็นขอบเขตและประวัติของการไหลของยีนระหว่างสปีชีส์ได้อย่างไร?

Key theories

เขตลูกผสมในฐานะห้องปฏิบัติการธรรมชาติ

ในที่ที่สปีชีส์ที่เกี่ยวข้องมาพบกันและผสมพันธุ์กัน ความกว้างและโครงสร้างของเขตลูกผสมที่เกิดขึ้นสะท้อนถึงความสมดุลระหว่างการไหลของยีนและการคัดเลือกที่ต่อต้านลูกผสม ซึ่งให้หลักฐานโดยตรงเกี่ยวกับความแข็งแกร่งของอุปสรรคทางการสืบพันธุ์

การถ่ายทอดยีนเพื่อการปรับตัวและการเกิดสปีชีส์ลูกผสม

การถ่ายทอดยีนสามารถถ่ายทอดอัลลีลที่เป็นประโยชน์ระหว่างสปีชีส์ได้ และในบางกรณี การผสมข้ามพันธุ์เองก็สร้างสายเลือดลูกผสมใหม่ที่แยกจากกันทางการสืบพันธุ์ ทำให้การไหลของยีนเป็นแหล่งของความแปลกใหม่มากกว่าที่จะเป็นเพียงข้อจำกัด

Mechanisms

เมื่อสปีชีส์ที่แยกจากกันไม่สมบูรณ์มาสัมผัสกัน พวกมันจะก่อตัวเป็นเขตลูกผสม (hybrid zones) ซึ่งโครงสร้างของเขตลูกผสมสะท้อนถึงความสมดุลระหว่างการอพยพของจีโนไทป์ของพ่อแม่และการคัดเลือกที่ต่อต้านลูกผสม การผสมกลับ (backcrossing) ของลูกผสมกับสปีชีส์พ่อแม่ช่วยให้เกิดการถ่ายทอดยีน ซึ่งเป็นการถ่ายทอดอัลลีลเฉพาะบางอย่างข้ามขอบเขตสปีชีส์อย่างค่อยเป็นค่อยไป อัลลีลที่ถ่ายทอดบางส่วนเป็นกลาง บางส่วนเป็นอันตรายและถูกกำจัดออกไป และบางส่วนเป็นการปรับตัวและได้รับความโปรดปราน ข้อมูลจีโนมทั่วทั้งจีโนมเผยให้เห็นว่าการถ่ายทอดยีนไม่สม่ำเสมอ โดยมีบริเวณใกล้กับตำแหน่งที่ไม่เข้ากัน (incompatibility loci) ที่ต้านทานการไหลของยีน ในกรณีที่หายากกว่านั้น การผสมข้ามพันธุ์จะสร้างสปีชีส์ลูกผสมที่เสถียรขึ้นมา ไม่ว่าจะผ่านการเพิ่มจำนวนชุดโครโมโซม (polyploidy) หรือผ่านการรวมกันใหม่ที่แยกจากกันทางการสืบพันธุ์จากทั้งพ่อและแม่

Clinical relevance

การผสมข้ามพันธุ์และการถ่ายทอดยีนมีความสำคัญต่อการอนุรักษ์ ซึ่งการไหลของยีนจากญาติที่พบได้ทั่วไปหรือสัตว์เลี้ยงสามารถทำให้สปีชีส์ที่ใกล้สูญพันธุ์ถูกกลืนทางพันธุกรรมได้ และมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจการแพร่กระจายของลักษณะที่ปรับตัวได้ เช่น การต้านทานยาฆ่าแมลงในสปีชีส์พาหะหรือศัตรูพืชที่เกี่ยวข้อง

History

นักวิจัยในยุคแรกมองว่าการผสมข้ามพันธุ์เป็นเพียงปัญหาหรือทางตันทางวิวัฒนาการเป็นหลัก แต่พฤกษศาสตร์ได้ตระหนักถึงบทบาทเชิงสร้างสรรค์ของมันในพืชมานานแล้ว การประเมินใหม่ของการไหลของยีนโดย Ehrlich และ Raven ในปี 1969 และการศึกษาทางจีโนมตั้งแต่ปี 2000 เป็นต้นมา ได้ยืนยันว่าการถ่ายทอดยีนเป็นสิ่งที่แพร่หลายและบางครั้งก็เป็นการปรับตัวได้ทั่วทั้งสายวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

Debates

การผสมข้ามพันธุ์มีความสำคัญเพียงใดในฐานะพลังวิวัฒนาการเชิงสร้างสรรค์?

ขอบเขตที่การถ่ายทอดยีนเพื่อการปรับตัวและการเกิดสปีชีส์ลูกผสมมีส่วนช่วยในการปรับตัวและความหลากหลาย เมื่อเทียบกับการที่การผสมข้ามพันธุ์ส่วนใหญ่กัดกร่อนความแตกต่าง กำลังเป็นที่ถกเถียงกันอย่างแข็งขันด้วยหลักฐานทางจีโนม

Key figures

• Ernst Mayr
• Paul Ehrlich
• Peter Raven
• Loren Rieseberg

Seminal works

• coyneOrr2004
• futuyma2017
• ehrlichRaven1969

Frequently asked questions

การผสมข้ามพันธุ์เป็นอันตรายต่อสปีชีส์เสมอไปหรือไม่?

ไม่เสมอไป แม้ว่าการผสมข้ามพันธุ์อาจคุกคามสปีชีส์ที่หายากผ่านการกลืนทางพันธุกรรม (genetic swamping) แต่ก็สามารถถ่ายทอดอัลลีลที่เป็นประโยชน์ระหว่างสปีชีส์ได้ (การถ่ายทอดยีนเพื่อการปรับตัว) และบางครั้งก็สร้างสปีชีส์ลูกผสมใหม่ทั้งหมดได้

การถ่ายทอดยีนคืออะไร?

การถ่ายทอดยีนคือการเคลื่อนที่ของยีนจากสปีชีส์หนึ่งเข้าสู่ยีนพูลของอีกสปีชีส์หนึ่งผ่านการผสมข้ามพันธุ์ตามด้วยการผสมกลับซ้ำๆ ทำให้มีอัลลีลแปลกปลอมอยู่ในสปีชีส์ที่แตกต่างกัน