Fruktflugor (Drosophila melanogaster), som människor oavsiktligt har spridit runt om i världen, anlände till Kina för ungefär 4 000 år sedan, enligt en ny populationsgenomikstudie som bidrar till vår förståelse av insektens globala migration, demografi, genflöde och anpassningar.
Forskarna fann att kinesiska fruktflugapopulationer har isolerats genetiskt, med den isoleringen som speglar Kinas antika kultur och relativt slutna samhälle med begränsad handel med Asien och Europa under många århundraden. Denna isolering gjorde det också möjligt för författarna att se om liknande evolutionära tryck resulterade i liknande genetiska förändringar, ett test av evolutionens repeterbarhet.
"Den fantastiska historien om Drosophila melanogaster är att deras genetiska skillnader mellan populationer speglar hur människor sprids, från ett ursprung i Afrika, följt av migration ut ur Afrika, men det är mycket nyare", säger Andrew Clark, Jacob Gould Schurmans professor i befolkningsgenetik i College of Arts and Sciences. Clark är medförfattare till studien som publicerades den 17 april i tidskriften Science Advances . Jian Lu, professor i evolutionsbiologi vid Peking University, Kina, och tidigare postdoktor i Clarks labb, är den andra motsvarande författaren.
Författarna kombinerade sina egna resultat med tidigare studier och föreslår att D. melanogaster har sitt ursprung i södra Afrika och migrerade ut ur norra Afrika för cirka 9 000 år sedan. Därifrån expanderade flugorna till Östasien och Kina (~2,8-4,4 tusen år sedan), till Europa (~1,8 tusen år sedan), och senast till Nordamerika (för bara ~150 år sedan) och Australien (~100 år sedan) sedan).
Flugorna är en mänsklig kommensal – en organism som drar nytta av en association med en annan organism som varken drar nytta eller skada. De trivs med ruttnande frukt i fruktträdgårdar och vingårdar.
"Människor gjorde vandringen ut ur Afrika i storleksordningen 80 000 år sedan eller så, men jordbruksproduktionen av frukt började för mindre än 10 000 år sedan," sa Clark. "Det är verkligen modern människohandel som hjälpte till att skingra flugor över hela världen."
I studien sekvenserade forskarna genomen av 292 D. melanogaster-stammar från olika miljöer i Kina och analyserade dem tillsammans med tidigare publicerade genomsekvenser. De fann att stammarna från Kina representerade en unik härkomstgrupp, med märkbar differentiering mellan subpopulationer inom Kina. Uppsatsen klargjorde omfattningen och varaktigheten av isoleringen av den kinesiska befolkningen, ett resultat som bara hade antytts i tidigare studier.
Den globala populationens genomiska data gjorde det möjligt för forskarna att utveckla en datormodell för att uppskatta tidpunkterna när D. melanogaster anlände till varje kontinent, och härleda hur genetiska förändringar, som samlas i arvsmassan hos närbesläktade stammar, motsvarar geografiska rörelser.
D. melanogaster är en modellorganism som används allmänt av forskare för att studera grundläggande utvecklingsprocesser och genreglering, såväl som den genetiska grunden för miljöanpassning. I studien identifierade Clark, Lu och kollegor genetiska förändringar som svar på insekticider.
"När människor använder insekticider, sätter det ett enormt tryck på en befolkning, och många insekter utvecklar resistens relativt snabbt," sa Clark. Dessa förändringar är ofta genetiskt ganska enkla, sa Clark, och involverar bara ett fåtal gener som har stor effekt, i motsats till komplexa egenskaper som kan involvera hundratals gener.
De anpassningar som inträffade i de kinesiska populationerna var oberoende av andra geografiska populationer och inträffade som unika mutationer i samma gener som finns i andra populationer som har utvecklat insekticidresistens. "Det är ett bra exempel på ett naturligt upprepat evolutionsteori med i princip samma resultat," sa Clark.
Mer information: Junhao Chen et al, Från Afrika söder om Sahara till Kina:Evolutionshistoria och anpassning av Drosophila melanogaster avslöjad av populationsgenomik, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adh3425
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Cornell University
