Evolution of Photoperiodic Time Measurement in the Pitcher- Plant Mosquito, Wyeomyia smithii

猪笼草蚊子 Wyeomyia smithii 光周期时间测量的演变

基本信息

  • 批准号:
    9814438
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    1999
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1999-06-15 至 2004-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A wide variety of plants and animals use the length of day to synchronize theirdevelopment and reproduction with the warm days of summer and to synchronize their entry intohibernation in advance of the cold days of winter. At more northern latitudes, winter arrivesearlier when days are longer than at more southern latitudes. Consequently, northern organismsrespond to longer daylengths to switch from active development to hibernation in anticipation ofthe forthcoming winter. Many temperate plants and animals, including some of the mostproblematic agricultural pests in the United States, originated from more tropical latitudes ormigrated north after the last ice age. This migration required evolving the appropriate responsesto daylength before the immigrants could thrive in their new northern habitats. Thus, evolvedresponses to daylength to cue the seasonal programming of development, reproduction, andhibernation represent one of the most pervasive and important adaptations of temperateorganisms. The question then remains as to how they do it. What is the physiological basis for themeasuring of daylength within and between geographically distant populations? Are thephysiological processes that underlie genetic variation for day-length measuring withinpopulations the same processes that change over geographic distances; i.e., does understandinggenetic variation in the physiological clock within populations permit us to predict how thesepopulations might evolve in the future? The PIs have pursued these questions in temperatepopulations of a formerly tropical mosquito. The PIs have found that the internal biological clock(circadian rhythm) plays a role in the day-length measuring process in southern populations; but,the expression of the circadian clock declines with increasing latitudes so that northernpopulations measure day length with essentially a physiological hourglass. Yet, when unrelatedpopulations are crossed, their offspring show a reversion to the southern or ancestral switchingdaylength. This grant will help the PIs to determine whether reversion to the ancestral daylength also brings out the ancestral expression of the circadian clock. In addition to contributing to our understanding of the genetic and physiological basis foradaptive evolution of biological time measurement, results of this study have implications forphysiological adaptation to changing environments in general. If vestigial physiologicalcapabilities reside covertly within populations, physiological adaptation to environmental changemay proceed far more rapidly than would be predicted from present-day, overt genetic variationfor that trait in a population. If these covert capabilities are relics from ancestral genes lyinglatent in extant populations, then response to selection may proceed faster towards ancestral thantowards new capabilities. Hence, predicting the rate of evolution in response to environmentalchange such as global warming may depend critically upon understanding the historical role ofmasked or covert genes in physiological adaptation.
许多植物和动物利用白天的长度来使它们的发育和繁殖与夏季温暖的日子同步,并在冬季寒冷的日子之前同步进入冬眠。 在北纬地区,冬天比南纬地区来得更早,白天也更长。 因此,北方生物会对更长的日照做出反应,从活跃发育转变为冬眠,以迎接即将到来的冬季。 许多温带植物和动物,包括美国一些最严重的农业害虫,都起源于热带纬度地区,或者在最后一个冰河时代之后向北迁移。 这种迁徙需要进化出对日照长度的适当反应,然后移民才能在新的北方栖息地茁壮成长。 因此,进化出对日照长度的反应来提示发育、繁殖和冬眠的季节性规划,代表了温带生物最普遍和最重要的适应之一。 那么问题仍然是他们如何做到这一点。 测量地理上相距较远的人群内部和之间的日长的生理基础是什么? 人群中日长测量遗传变异背后的生理过程是否与随地理距离而变化的过程相同?也就是说,了解种群内生理时钟的遗传变异是否能让我们预测这些种群未来如何进化? PI 在以前的热带蚊子的温带种群中研究了这些问题。 研究人员发现,南方人群的内部生物钟(昼夜节律)在昼长测量过程中发挥着重要作用;但是,生物钟的表达随着纬度的增加而下降,因此北方人口基本上用生理沙漏来测量白天的长度。 然而,当不相关的种群杂交时,它们的后代表现出向南方或祖先转换昼长的回归。 这笔赠款将帮助 PI 确定回归祖先的日长是否也能带来祖先的生物钟表达。 除了有助于我们理解生物时间测量的适应性进化的遗传和生理基础之外,这项研究的结果还对一般环境变化的生理适应具有影响。 如果退化的生理能力隐秘地存在于种群内,那么对环境变化的生理适应可能会比根据目前种群中该性状的明显遗传变异所预测的要快得多。 如果这些隐蔽能力是现存种群中潜在的祖先基因的遗迹,那么对选择的反应可能会比新能力更快地转向祖先的能力。 因此,预测响应全球变暖等环境变化的进化速度可能关键取决于对隐藏或隐蔽基因在生理适应中的历史作用的理解。

项目成果

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