非洲化蜜蜂中祖先特异性选择的信号：以波多黎各温顺型蜜蜂为例

《Genome Biology and Evolution》：Signals of Ancestry-Specific Selection in Gentle Africanized Honey Bees

　　本研究针对非洲化蜜蜂(AHB)在波多黎各演化出温顺行为(gAHB)的遗传机制，利用局部祖先推断(LAI)和AHMM-S方法，在全基因组范围内扫描祖先特异性选择信号。研究发现14个区域存在选择欧洲血统的显著信号，这些区域富集于神经发育、行为调控等通路（如5-HT7、FOXO基因），揭示了基因混合背景下快速适应性演化的分子基础，为理解复杂性状的进化提供了新视角。

　　

在美洲大陆，一场意外的“生物入侵”却演变成了进化生物学的天然实验场。1957年，26只非洲蜜蜂蜂后从巴西的育种计划中逃逸，与当地欧洲家养蜜蜂杂交，形成了后来令人闻之色变的非洲化蜜蜂。这些混合了非洲蜜蜂环境适应性和欧洲蜜蜂温顺特性的杂交后代，以其极强的攻击性迅速蔓延，被称为“杀人蜂”。然而，当这些蜜蜂在1994年到达加勒比海的波多黎各岛后，却发生了意想不到的转变：在短短十余年间，岛上的非洲化蜜蜂攻击性显著降低，行为变得与欧洲蜜蜂相似，同时保留了非洲蜜蜂对寄生虫的抗性等优良性状，形成了独特的“温顺型”非洲化蜜蜂种群。这一快速演化现象为科学家研究自然选择和基因混合如何塑造复杂行为性状提供了宝贵机会。

传统研究多通过检测选择性清除等信号来寻找自然选择的痕迹，但在波多黎各蜜蜂这样具有复杂混合背景的群体中，这些方法可能效力有限。为此，研究人员采用了能够明确建模局部祖先的新方法，旨在揭示是否存在对特定祖先血统的选择，从而驱动了温顺表型的演化。相关研究成果发表在《Genome Biology and Evolution》上。

为开展本研究，研究人员利用了来自NCBI Short Read Archive的基因组测序数据（项目号PRJNA381313和PRJNA516678）。样本包括波多黎各温顺型非洲化蜜蜂(gAHB, n=30)、中美洲攻击性非洲化蜜蜂(MA, n=25)，以及作为祖先参考群体的欧洲蜜蜂(EUR, n=30)和非洲蜜蜂(AFR, n=28)。所有样本均采用单倍体雄蜂，避免了二倍体定相的不确定性。数据分析流程主要包括：使用fastp进行质控和修剪，BWA MEM比对至蜜蜂参考基因组（Amel_4.5），GATK进行变异检测和联合 calling，获得约290万个高质量SNP。群体结构使用ADMIXTURE和PCAngsd进行分析。核心分析采用Ancestry_HMM进行局部祖先推断(LAI)，并利用AHMM-S检测祖先特异性选择信号。通过SELAM进行中性混合模拟以评估假阳性。基因本体(GO)富集分析用于鉴定受选择区域相关基因的功能。

群体结构

分析显示，欧洲和非洲祖先谱系之间的分化是样本群体结构的主要来源（F_ST = 0.368）。波多黎各蜜蜂种群相对同质，平均欧洲血统比例为0.646，而中美洲种群血统比例变异更大，平均为0.471。主成分分析(PCAngsd)结果与此一致，第一主成分(PC1)解释了20.2%的方差，主要反映了欧非祖先差异。局部祖先推断(Ancestry_HMM)结果与上述分析基本吻合，估算波多黎各蜜蜂的混合世代数约为74代，中美洲蜜蜂约为125代，与已知的非洲化蜜蜂传播历史大致相符。

选择信号

AHMM-S分析在波多黎各蜜蜂中鉴定出14个分布在7条染色体上的区域存在选择欧洲血统的显著信号，以及7个分布在3条染色体上的区域存在选择非洲血统的信号。相比之下，在中美洲蜜蜂中，仅发现4个区域选择欧洲血统，2个区域选择非洲血统。值得注意的是，只有一个位于7号染色体上的区域（靠近FOXO基因）在两个种群中都显示出强烈的欧洲血统选择信号且接近固定。统计分析表明，波多黎各蜜蜂中的选择信号与核苷酸多样性(π)、外显子密度或重组率等基因组特征相关性较弱，而中美洲种群中则观察到一些显著相关性，这可能反映了后者更复杂的群体历史和血统构成。通过比较单倍型多样性，发现波多黎各蜜蜂的多样性较中美洲蜜蜂降低约25%，但这种降低并非血统特异性，表明单纯的群体瓶颈等 demographic 过程并非观测到选择信号的主要混淆因素。

与既往研究的重叠

此前一项针对同一样本的研究主要关注群体内的软选择性清除，仅发现一个区域（靠近G蛋白γ亚基基因Gy）与本研究结果重叠。这凸显了基于局部祖先的选择扫描方法与传统选择扫描的互补性，前者能有效检测在混合背景下对引入遗传变异的适应性选择。

GO富集分析

基因本体富集分析显示，在波多黎各蜜蜂受选择的欧洲血统区域附近基因，显著富集于组织器官形态发生、生长调控、细胞增殖（如GO:0009888, GO:0040008）以及信号转导（如GO:0007165）等相关通路。在中美洲蜜蜂中，富集的通路则主要与基因表达调控和树突发育相关。这表明两个种群面临着不同的选择压力，适应路径也有所不同。

与自然选择一致的基因

研究人员在受选择区域附近鉴定出多个可能与温顺表型相关的候选基因。其中尤为引人注目的是与血清素（5-羟色胺）信号通路相关的基因：

1. 1.
   5-HT₇血清素受体（GeneID:726702）：一种G蛋白偶联受体(GPCR)，在果蝇等模式生物中已被证实可调控攻击性行为。本研究中，该基因转录本内存在一个选择峰值。
2. 2.
   G蛋白γ亚基（Gy, GeneID:725453）：异源三聚体G蛋白的组成部分，直接与5-HT₇等GPCR相互作用。该基因上游区域也检测到选择信号。值得注意的是，在5-HT₇的预测配体结合域附近，发现了一个仅存在于欧洲蜜蜂中的非同义突变（T111A），该突变可能影响受体功能。
3. 3.
   FOXO基因（GeneID:727091）：一个在波多黎各和中美洲蜜蜂中均受选择的基因。FOXO是重要的转录因子，参与调控细胞代谢、应激反应、寿命以及蜜蜂的等级分化和社会行为。此前研究也提示其可能与蜜蜂越冬适应性有关。
   此外，还发现了与神经发育（如PAX-6、Laminin subunit alpha-1）、信号转导（如NMDA受体亚基2、可能的Ras GTPase激活蛋白）等相关的基因，共同勾勒出温顺行为潜在的复杂遗传网络。

本研究通过精细的基因组分析，揭示了波多黎各温顺型非洲化蜜蜂中祖先特异性选择的清晰信号。研究结果表明，当地环境（可能包括人类对攻击性蜂巢的清除压力）和生物因素（如寄生虫）共同作用下，驱动了对欧洲血统等位基因的选择，特别是在与神经发育、行为调控和代谢相关的基因上。血清素信号通路关键基因（5-HT₇和Gy）的发现，为理解攻击性行为的遗传基础提供了强有力的候选分子。同时，FOXO基因在两地种群中的共同选择，则提示了某些适应性变化可能具有更普遍的意义。这项研究不仅阐明了特定种群行为演化的遗传机制，更重要的是展示了局部祖先感知的分析方法在解析混合群体适应性进化中的强大能力。尽管仍需功能实验进一步验证，但这些发现凸显了基因混合作为快速进化重要驱动力的角色，为理解复杂性状（尤其是行为）的演化提供了新范式。该方法有望应用于其他具有混合历史的物种，以揭示隐藏在基因组中的适应性故事。