动物物种形成的生殖隔离机制研究进展

章誉兴 吴宏 于黎

（云南大学省部共建云南生物资源保护与利用国家重点实验室，生命科学学院，昆明 650500）

物种形成过程及其机制不仅是理解自然界生物多样性现象的关键，也是长期困扰达尔文的“谜中之谜”，是进化生物学研究领域的核心命题之一。2005 年Science杂志公布的125 个亟待解决的重大前沿科学问题中，“什么决定了物种的多样性”(Pennisi, 2005) 就是其中最重要的科学问题之一。对物种的认识或者如何去定义一个物种，是人们探究物种形成过程及其内在机制的前提条件。目前，已有几十种物种概念或定义被提出来 (张德兴，2016)，其中接受度相对较高，有着一定代表性的是生物学种的概念。生物学种的定义认为物种之间没有基因流，不同群体之间基因组的交换会破坏基因组的完整性 (Mayr, 1963)。但随着分子生物学和基因组学的发展，越来越多的研究报道发现物种间并非是完全的生殖隔离，物种间是可以存在基因交流的 (Wu, 2001; Wanget al., 2020)，物种间的生殖隔离并不是绝对的“0”和“1”(即无或有)，而更应该是介于“0”至“1”的隔离程度。因此，有学者提出“生物学物种”概念应修订为“种间生殖隔离程度远大于种内居群间生殖隔离程度”才更加符合实际情况 (刘建全，2016)。物种形成是指新物种从祖先物种中分化出来的演化过程，在该过程中伴随着种间生殖隔离屏障的建立。物种形成的方式多样，早期主要的物种形成理论是基于物种分化过程中种群的时空分布特征所提出的经典物种形成模型，包括：异域物种形成 (Allopatric speciation)、邻域物种形成 (Parapatric speciation) 和同域物种形成 (Sympatric speciation) (Mayr, 1942, 1963) 等。异域物种形成是指来自同一祖先物种的子嗣种群由于山脉、河流、海洋等地理屏障而被分隔为两个相互隔离的群体，它们在长时间的地理隔离环境中产生不同方向的适应性进化，种群间的遗传差异不断积累，导致即便之前的地理隔离消失后，两个种群再次接触并发生杂交时产生了显著的生殖不相容，减弱或阻断了两个群体间的基因交流，从而形成不同的物种 (李忠虎等，2014)。邻域物种形成是指两个大群体占据部分重叠的生境，但在种群地理分布的两端，因生态位差异太大，该区域的不同亚群体由于对各自环境的适应性进化，最终形成不同的物种；但在两个大种群生活的交界处，邻近的亚群体间仍可以发生基因流，即杂交带 (左家哺等，1995)。同域物种形成是指在同一地理区域分布的多个种群，虽然彼此间没有显著的地理隔离屏障，但由于该区域中存在着不同的生态位，导致每个种群产生出对各个独特生态位的适应性进化，最终形成多个新物种 (Coyne, 2007)。

除了上述提到的物种形成方式外，先后还有20 余种物种形成模式被提出 (同号文，1997)，其中两个物种通过杂交，融合了两个亲本的基因组，并快速形成新物种的方式，即杂交物种形成 (Hybrid speciation) (Mallet, 2007)，是适应性辐射类群中物种以及表型多样性演化的重要作用机制(Marqueset al., 2019)。杂交物种形成根据其过程中是否有染色体数量的变化可以分为多倍体杂交物种形成 (Polyploidization hybrid speciation) 和同倍体杂交物种形成 (Homoploid hybrid speciation) (Abbottet al., 2013)。多倍体杂交物种形成是指杂交产生的后代染色体数目发生加倍，形成的杂交后代和亲本的染色体数目不匹配，和亲本回交产生后代的生殖细胞在减数分裂时通常无法正常分离，而使其与亲本之间产生生殖隔离的过程。多倍化是植物中最为常见的杂交物种形成方式 (Rieseberg and Willis, 2007)。同倍体杂交物种形成是指杂交后代虽然和亲本的染色体数目保持一致，但杂交后代仍能与亲本间建立生殖隔离并最终形成独立新物种的过程 (Vallejo-Marín and Hiscock, 2016)。同倍体杂交物种形成在早期被认为是罕见发生的，但是近年来陆续在昆虫、鸟类、鱼类以及哺乳动物中被报道 (Mavárezet al., 2006; Schumeret al.,2014; Lamichhaneyet al., 2015; Meieret al., 2017;Zouet al., 2022; Wuet al., 2023; Zhanget al.,2023; Lopeset al., 2023)，因此也被认为是动物物种快速形成的重要机制，促进了动物物种的多样性形成。

无论是基于时空分布特征提出的异域、邻域和同域物种形成，还是基于基因组的遗传组成特征所描述的杂交物种形成模式，新产生的物种或者最初形成的杂交种群都要快速产生和建立起与其他物种或者亲本物种的生殖隔离屏障以维持自身基因组的完整性和演化独立性，才能最终形成新的物种。因此，物种形成过程实质上是种群间生殖隔离效应或屏障建立的演化过程，对这一过程及其内在遗传机制的探究是我们理解生物多样性现象的关键所在。本文将聚焦于动物类群，重点围绕物种演化的独立性，也就是物种间生殖隔离产生方式及其分子机制，进行系统阐述；同时，也探讨目前动物类群中种间生殖隔离相关研究所面临的瓶颈、挑战和潜在机遇，为后续动物物种形成相关研究提供重要的参考和启发。

1 生殖隔离机制

生殖隔离 (Reproductive isolation) 也称生殖屏障 (Reproductive barrier)，是由遗传决定的表型差异所造成的种群间基因流减少或受阻的现象 (Butlinet al., 2012)。根据发生时间及产生的效果，生殖隔离分为合子前隔离和合子后隔离 (Mallet and Mullen, 2022) (图1)。

图1 动物生殖隔离产生方式及其遗传机制示意图. 紧靠动物内圈的色块颜色对应于该动物的生殖隔离方式，同一物种下的多个色块表示该物种有多种生殖隔离方式作用. 示意图根据文献 (Mavárez et al., 2006; Ishikawa et al., 2013; Trier et al., 2014; Lamichhaney et al., 2015;Meier et al., 2017; Bendall et al., 2017; Wang et al., 2018; Hench et al., 2019; Luo et al., 2020; Lu et al., 2020; Novikova et al., 2020; Turbek et al., 2021; Zou et al., 2022; Gao et al., 2022; Sun et al., 2022; Wu et al., 2023; Zhang et al., 2023; Lopes et al., 2023; Walsh et al., 2023; Bastide et al., 2023; Long et al., 2023) 修改绘制Fig.1 Schematic diagram of reproductive isolation in animals and its genetic mechanism. The color of the color patch immediately adjacent to the inner ring of the animal corresponds to the reproductive isolation mechanism of the animal, and multiple color patches under the same species indicate that the species has multiple reproductive isolation mechanisms. The diagram is drawn based on the modification of Mavárez et al. (2006), Ishikawa et al. (2013), Trier et al. (2014), Lamichhaney et al. (2015), Meier et al. (2017), Bendall et al. (2017), Wang et al. (2018), Hench et al.(2019), Luo et al. (2020), Lu et al. (2020), Novikova et al. (2020), Turbek et al. (2021), Zou et al. (2022), Gao et al. (2022), Sun et al. (2022),Wu et al. (2023), Zhang et al. (2023), Lopes et al. (2023), Walsh et al. (2023), Bastide et al. (2023) and Long et al. (2023)

1.1 合子前隔离 (Prezygotic isolation)

合子前隔离是指发生在交配前，阻碍受精和形成合子的生殖隔离效应。许多研究认为在物种分化过程中，合子前隔离是比合子后隔离更重要或是更早出现的隔离效应，是生殖隔离的最大贡献者 (Schemske, 2010; Nanda and Singh, 2012;Vallejo-Marín and Hiscock, 2016)。但也有研究发现在一些类群的物种分化或物种形成过程中，并没有明显的合子前隔离效应存在 (Satoet al., 2018)。对动物而言，合子前隔离主要包括地理隔离、时间隔离、生态隔离、行为隔离、机械隔离以及配子隔离等。

地理隔离 (Geographical isolation) 是指各群体占据不同的地理区域，由于高山、海洋等地形地势阻碍，使彼此的群体间没有交配机会而产生合子前隔离 (Wiens, 2004)。例如Loretán 等 (2019) 发现由于南美洲地区乌拉圭和帕拉纳河流之间被塞拉中央山脉隔开，使两个地区的淡水蟹 (Aegla singularis) 基因交流中断，两个种群发生遗传分化并在形态上产生显著差异。这表明来自乌拉圭和帕拉纳河流的淡水蟹，由于地理隔离以及随之而来的基因流动中断使物种多样化，两个地区的种群之间正处于各自物种形成的过程中。

时间隔离 (Temporal isolation) 也称季节隔离(Seasonal isolation)，是指由于不同动物种群间的发情期、交配期不同而产生的隔离 (Tomaiuoloet al.,2007)。例如生活在亚速尔群岛的斑腰叉尾海燕(Oceanodroma castro) 类群，有的在5—7 月繁殖，有的在10—12 月繁殖。Friesen 等 (2007) 研究表明，异时繁殖使得在同一岛屿的不同种群发生遗传分化产生了生殖隔离，导致形成不同的物种。

生态隔离 (Ecological isolation) 是指多个物种虽然占据同一片地理区域，但它们却占据着不同的生态位，彼此间产生适应性差异，包括食性差异、局部环境差异等，导致物种间生态隔离 (Jezkova and Wiens, 2018)。例如不同的食物营养类型(浮游生物、底栖动物、陆生昆虫)、耐盐性 (淡水、咸水) 促进了日本北海道同一水域中的多刺鱼(Pungitius) 物种间的生殖隔离 (Ishikawaet al.,2013)。Castro-Insua 等 (2018) 探究了92 个陆生哺乳动物物种多样化与气候生态位之间的关系，发现哺乳动物的物种多样性与生态位差异和生态位变化率呈显著正相关关系，说明生态隔离在促进物种形成中的重要作用。

行为隔离 (Ethological isolation) 也称性隔离(Sexual isolation)，是指动物由于存在择偶偏好，不同物种的两性个体间缺乏吸引力，阻止了不同物种间的交配而产生的隔离 (Nanda and Singh,2012)。动物的择偶受毛色、鸣叫声、体型、感官系统差异等一种或多种因素的影响。例如在南美洲同域分布的两种食籽雀Sporophila iberaensis和S.hypoxantha通过毛色和鸣叫声差异建立合子前隔离，促进了食籽雀类群的物种分化 (Turbeket al., 2021)。非洲维多利亚湖地区的慈鲷鱼 (Cichlid fishes) 在过去15 万年的时间里通过杂交形成七百多个不同物种，在这个过程中，慈鲷鱼通过视觉、听觉以及嗅觉识别同种或异种，建立了行为隔离(Seehausenet al., 2008; Meieret al., 2017; Rometschet al., 2020)。Mavárez 等 (2006) 研究发现袖蝶属 (Heliconius) 中的富丽袖蝶 (Heliconius heurippa) 是由青杉黄袖蝶 (Heliconius cydno) 和红带袖蝶(Heliconius melpomene) 杂交而来，并且产生了介于两个亲本间的独特表型 (青杉黄袖蝶双翅以黑色为背景色，带有黄色斑纹；红带袖蝶双翅以黑色为背景色，带有红色斑纹；而富丽袖蝶双翅以黑色为背景色，同时带有黄色和红色斑纹)。研究人员在配偶选择实验中发现袖蝶属物种通过翅膀图案识别配偶，雄性均倾向于选择有相似翅膀图案的雌性。此外，袖蝶属中与化学交流有关的化学感受差异也在生殖隔离中起作用，化学感受可传达或接收个体的健康情况、生殖状况等信息以利于袖蝶属物种择偶 (Wuet al., 2022)。有意思的是，Wu 等 (2023) 在金丝猴属 (Rhinopithecus) 物种中发现通过川金丝猴 (Rhinopithecus roxellana) 与滇金丝猴/缅甸金丝猴 (Rhinopithecus bieti/Rhinopithecus strykeri) 祖先群发生的古老杂交事件产生了杂交物种黔金丝猴 (Rhinopithecus brelichi)。杂交起源的黔金丝猴形成了介于川金丝猴和滇金丝猴/缅甸金丝猴之间的独特毛色 (川金丝猴通体为黄色毛发，滇金丝猴、缅甸金丝猴通体以黑色或黑白毛发为主，黔金丝猴则是黑灰色-黄色“马赛克式”的镶嵌毛发)。研究人员推测物种间的毛色差异可能有助于黔金丝猴和其两个亲本之间建立合子前隔离。除了金丝猴属物种以外，在灵长类的另外一个类群，猕猴属 (Macaca) 中发现食蟹猴种组 (恒河猴Macaca mulatta、食蟹猴Macaca fascicularis和日本猕猴Macaca fuscata) 是由狮尾猴种组 (北豚尾猴Macaca leonina、狮尾猴Macaca silenus、豚尾猴Macaca nemestrina、黑冠猕猴Macaca nigra和汤基猕猴Macaca tonkeana) 和斯里兰卡种组 (藏酋猴Macaca thibetana、熊猴Macaca assamensis和短尾猴Macaca arctoides) 在3.45 ～ 3.56 个百万年前杂交形成。食蟹猴种组的性皮肤特征介于两个亲本之间 (斯里兰卡种组有亮红色且肿胀的性皮，狮尾猴种组无红色性皮且不肿胀，杂交起源的食蟹猴种组有亮红色但不肿胀的性皮) (Zhanget al.,2023)。在灵长类动物中，性皮肤颜色能够表征动物个体的社会地位，影响动物的性选择 (Bradley and Mundy, 2008)。因此推测猕猴物种间性皮肤的差异介导了猕猴属种间的选型交配，促进了合子前隔离 (Zhanget al., 2023)。

机械隔离 (Mechanical isolation) 是指由于不同动物物种的生殖器形态结构不同，无法成功交配而导致的合子前生殖隔离 (陈婕等，2016)。在许多昆虫和其他类群中，近缘物种间的生殖器官在形态上往往都存在较大差异，所以很早就有人提出，每个物种雄性个体的生殖器官是一把特殊的“钥匙”，只能打开同种雌性个体的“锁”(Kamimura and Mitsumoto, 2012)。例如Drosophila santomea果蝇和Drosophila yakuba果蝇之间的生殖器存在差异，雄性Drosophila yakuba果蝇生殖器上有一对刺，雌性Drosophila yakuba果蝇则在生殖器处有一个类似口袋的结构确保在交配时容纳雄性的刺。而雄性Drosophila santomea果蝇个体的刺已退化，并且雌性Drosophila santomea果蝇也没有口袋结构。当雄性Drosophila yakuba果蝇与雌性Drosophila santomea果蝇交配时，由于不同物种两性间的生殖器不适配，雌性Drosophila santomea果蝇会被雄性Drosophila yakuba果蝇的刺刺伤，导致受精失败而产生两个物种间的合子前隔离 (Kamimura and Mitsumoto, 2012)。

配子隔离 (Gametic isolation) 是指行有性繁殖的不同物种间的雌性卵细胞与雄性的精细胞不相容，无法形成合子的合子前隔离机制 (Lobovet al., 2019)。例如同一种群的孔雀鱼 (Poecilia reticulata) 更倾向于与同类的雄性个体交配受精，从而产生后代 (Ludlow and Magurran, 2006)。对于在外部产卵的水生动物而言，配子隔离尤其重要，可以防止同一物种的生殖细胞与其他物种的结合并产生受精作用。例如生态位部分重叠的紫壳菜蛤(Mytilus edulis) 和油黑壳菜蛤 (Mytilus trossulus)，随着物种间遗传距离的增加，配子不相容也更加突出，防止二者间产生杂交后代 (Rawsonet al.,2003)。

不同的合子前隔离方式之间并不是独立起作用的，往往是一个或多个方式的共同作用而起到最终的生殖隔离效应。例如绿蟌属的Enallagma anna和Enallagma carunculatum由于生殖器结构的差异阻碍了两物种间的交配和繁殖；同时，触觉系统，即雄性腹部有两对抱握器，交配时雄性会通过抱握器抓住雌性的胸部以形成“串联”姿势来进行交配。当不同物种的抱握器与胸部结构不匹配时，会导致雌性拒绝交配 (Barnardet al.,2017)。斜口裸鲤 (Gymnocypris eckloni scoliostomus) 和花斑裸鲤 (Gymnocypris eckloni eckloni) 在食物选择和繁殖季节上存在差异，斜口裸鲤以浮游生物为食，花斑裸鲤以浮游生物、底栖生物、藻类、水生植物和小鱼为食；斜口裸鲤在7月产下粉红色的卵，花斑裸鲤在4 月和5 月产下黄色的卵(Sunet al., 2022)。因此，食性差异促使斜口裸鲤和花斑裸鲤适应不同的生态位，而繁殖时间的差异促使二者时间隔离。除了裸鲤以外，鱼类中的三刺鱼 (Gasterosteus aculeatus) 除受环境差异影响产生生态隔离外，还存在择偶偏好。雌性多刺鱼倾向于与相似体型、形状和生态位的雄性多刺鱼交配，有助于物种的维持 (Bayet al., 2017)。在哺乳动物中，Lopes 等 (2023) 研究发现秘鲁海狗是40 万年前由南美海狗 (Arctocephalus australis) 和加拉帕戈斯海狗 (Arctocephalus galapagoensis) 杂交产生。生态位差异 (加拉帕戈斯海狗生活在赤道线上，处于热带气候；南美海狗生活范围北至智利南部，南至加拉帕戈群岛，处于温带气候甚至更冷；秘鲁海狗也在距离两个亲本2 000 km 以外生活) (Lopeset al., 2023)、体型差异 (秘鲁海狗头骨比南美海狗大) (de Oliveiraet al., 2008) 以及繁殖时间差异 (南美海狗和秘鲁海狗交配繁殖时间相差1 个月) (Pavéset al., 2016) 可能促进了海狗物种间的合子前隔离。

1.2 合子后隔离 (Postzygotic isolation)

合子后隔离是指来自不同物种的个体，它们虽然能够进行交配并发生受精作用，但是无法形成可以正常发育的受精卵或产生的子嗣个体由于生存力和繁殖力缺陷等原因无法形成稳定的种群，杂种不活或适合度下降的生殖隔离效应 (Rometschet al., 2020)。根据杂交子嗣群的适合度变化与其所处的外界环境是否有关，合子后隔离又可分为外在合子后隔离 (Extrinsic postzygotic isolation) 和内在合子后隔离 (Intrinsic postzygotic isolation)(Rometschet al., 2020)。当两个物种杂交产生的杂交个体在两个亲本物种的生境中均无法适应、交配或繁殖率降低时，该现象被称为外在合子后隔离 (Schluter, 2009)。例如Rundle (2002) 研究了占据不同生态位 (底栖型和湖泊型) 三刺属 (Gasterosteus) 的2 个种以及它们杂交种的生长情况，发现杂交种生长速度慢于亲本，在两个亲本所处的生态位中适应性较低，表明该类群种间的外在合子后隔离。在松叶蜂科 (Diprionidae)Neodiprion属中，N.pinetum寄生于针叶更细的北美乔松上，而N.lecontei寄生于除北美乔松的其他针叶更粗的乔松上 (Bendallet al., 2017)。松叶蜂在寄主上交配，雌性个体通过产卵器将卵嵌入到寄主组织中，在寄主上完成幼虫的发育。松叶蜂的产卵性状 (比如产卵的数量、产卵器切割针叶的深度等) 以及寄主的针叶特征 (比如针叶的针宽和树脂含量) 与产卵的成功率息息相关。与两个亲本物种相比，杂交产生的后代产卵成功率降低，证明产卵性状差异有助于N.pinetum和N.lecontei二者之间的外在合子后隔离 (Bendallet al., 2017)。当两个物种发生杂交时，由于各个亲本内部原本固定和稳定的基因组功能被扰乱而使杂交个体或者子嗣发生不依赖于外界环境的发育致死或者不孕不育时，该现象被称为内在合子后隔离。例如雌性黑腹果蝇(Drosophila melanogaster) 与雄性拟果蝇 (Drosophila simulans) 杂交产生的雄性后代不能正常发育，在幼虫发育过程中便死亡，雌性后代虽可存活，但不孕 (Cooperet al., 2019)；家牦牛 (Bos Grunniens) 和普通牛 (Bos Taurus) 的杂交后代——犏牛表现为雄性不育 (Liet al., 2020)。

自然界新物种的产生不一定只是一种生殖隔离方式阻断物种间基因流的结果，而是多种隔离障碍相互组合的作用产物 (Butlin and Smadja,2018)。例如研究者发现快速辐射类群慈鲷鱼物种间的强生殖隔离需要结合交配前的合子前隔离，并辅以内在和外在的合子后隔离，最终促进并维持慈鲷鱼的物种多样性 (Rometschet al., 2020)。

2 生殖隔离的遗传基础

物种的形成过程受到各种因素影响，但这些因素最终都会反映到物种种群遗传物质的改变和分化上。研究生殖隔离的遗传基础或分子机制对理解物种如何形成并维持独立性至关重要，从而才能更好回答物种多样性形成的进化驱动力。

2.1 合子前隔离的遗传基础

自然选择是塑造物种形成的驱动力，一些为适应生态环境而衍生出的性状往往会触发生殖隔离 (Highamet al., 2016)。例如Lamichhaney 等在不同喙大小的达尔文雀 (Coerebini) 的基因组中发现了两个高度遗传分化且影响达尔文雀喙形态的基因；其中，喙的形状可能受ALX1基因调控，喙的大小可能受HMGA2基因调控。喙的差异使达尔文雀不同物种能够适应不同的食物资源，使其占据不同的生态位，实现生态隔离。与此同时，达尔文雀在择偶时也会根据喙的大小和形状等特征来区分同类和其他物种，有助于行为隔离 (Lamichhaneyet al., 2015, 2018)。高山倭蛙 (Nanorana parkeri) 在青藏高原上分为东和西两个群体，两个群体基因组中大部分区域已经出现高度遗传分化，能有效阻碍种间的基因渗透，而且这些遗传区域的功能基因均能显著富集到与生殖性状相关生物学过程或调控通路中，提示高山倭蛙的东、西群体之间已存在生殖隔离，可能是两个不同的物种。此外，东部高山倭蛙在高海拔和低海拔地区均有分布，进一步分析发现与心脏功能相关的TNNC1和ADORA1基因，与缺氧相关的DNAJC8和LAMB3基因在不同海拔群体中表达水平明显不同，提示高海拔适应在推动和维持物种分化以及生殖隔离方面发挥了不容小觑的作用 (Wanget al.,2018)。

除了生态适应过程中产生的表型外，选型交配也会促使一些表型性状的产生 (Servedioet al.,2011)。例如杂交物种意大利麻雀 (Passer italiae)已经与两个亲本：家麻雀 (Passer domesticus) 和西班牙麻雀 (Passer hispaniolensis) 间存在生殖隔离(Trieret al., 2014)。意大利麻雀的基因组中存在多个与两个亲本高度分化的基因，比如与黑色素合成相关的APC、BNC2、KCNN2和WNT4等基因；与视觉有关的OLFML2B基因；与喙形态发育有关的BMP、PTCH1基因。与黑色素合成相关的基因导致意大利麻雀呈现出不同于亲本物种的独特马赛克羽毛性状；而与视觉相关的基因则导致意大利麻雀、西班牙麻雀以及家麻雀能通过毛色来辨别物种，从而促进物种间基于毛色差异的性选择；而与喙形态发育有关的基因促进意大利麻雀、西班牙麻雀以及家麻雀喙的分化，有助于适应不同的觅食生态环境，产生生态隔离 (Baileyet al.,2015; Elgvinet al., 2017; Runemarket al., 2018)。此外，在昆虫的研究中发现袖蝶属的翅膀着色主要由optix、WntA和cortex三个基因调控 (Merrilletal., 2019)，其中optix可能调控翅膀的红色着色(Reedet al., 2011)，WntA可能作用于着色前期，提前锚定图案区域 (Mazo-Vargaset al., 2017)，而cortex可能通过调控鳞片细胞发育来调节色素沉着模式 (Nadeauet al., 2016)，这些基因中的遗传突变造就了青杉黄袖蝶和红带袖蝶的翅膀着色模式差异，引起雄性袖蝶的择偶偏好，导致产生行为隔离。除了翅膀着色模式差异驱动性选择使物种间产生合子前隔离外，识别化学信号和特定行为的化学感受对物种间的生殖隔离也尤为重要。Wu等 (2022) 基于不同物种、不同组织的转录组数据分析发现，相比于足、口器等化学感受器管，触角在袖蝶属中具有独特的化学感受功能，并且可能在生殖隔离中发挥更重要作用。袖蝶属物种间有多个与气味结合、嗅觉受体活性和嗅觉知觉等相关的差异表达基因，这些差异表达基因在物种间表现出低混杂性，表明这些基因可能有助于合子前生殖隔离；Zhang等 (2021) 基于基因组数据分析发现袖蝶属中存在高度分歧的基因组区域L，该区域包含4 个与运动有关的基因：Col4α1、Vkg、Oseg4和na，功能实验证明这4 个基因会影响果蝇的飞行能力。作者推测不同的运动能力可能有助于袖蝶属中的不同蝴蝶物种占据不同生态位，从而产生生态隔离。Hench等 (2019) 发现颜色各异的低纹鮨属鱼 (Hypoplectrus) 物种间的基因组上显示出高分化的4个基因组间隔，这些基因组间隔中包含与脊椎动物视觉、色素沉着或图案相关的基因(色素沉着相关的SOX10，轴向模式的hoxc13a，光感受器发育的casz1，视觉敏感性的SWS和LWS视蛋白)，这些基因在物种间的遗传分化驱使低纹鮨属鱼的颜色多样化，使不同物种间通过基于视觉的选型交配产生合子前生殖隔离。哺乳动物的研究中发现，在亚洲黑熊 (Ursus thibetanus) 的杂交物种形成事件中，亚洲黑熊通过对两个亲本体重变化相关基因 (AKT2、PⅠD1、MKRN1和PRKAB1)的分选和重组而产生区别于亲本体型的中等体型，借此有可能产生了与亲本的合子前隔离 (Zouet al., 2022)；在灵长类金丝猴属物种中发现，杂交起源的黔金丝猴分别从两个亲本处继承了与毛色形成相关的多个基因，例如从川金丝猴中继承了与黄色毛发有关的SLC45A2基因，从滇金丝猴/缅甸金丝猴中继承了与黑色毛发有关的PAH基因，导致黔金丝猴呈现出独特的黑灰色-黄色“马赛克式”的镶嵌毛发，从而在外貌上与两个亲本区分。这种差异可能促进金丝猴物种间形成合子前生殖隔离 (Wuet al., 2023)；在猕猴属中发现食蟹猴种组、狮尾猴种组和斯里兰卡种组的生殖器形态差异可能与编码UDP 葡萄糖醛酸基转移酶的UGT1A9基因有关，该基因可促进雌激素的降解，与性肿胀有着紧密的关系，因此，性特征差异促进的选型配对行为在食蟹猴种组中杂交种的起源和维持上起着重要作用 (Zhanget al., 2023)。

2.2 合子后隔离的遗传基础

关于合子后隔离遗传基础或分子机制的相关研究，人们主要聚焦于种间杂交事件发生后杂交群的生存力和繁殖力等变化的过程。目前，主要从遗传不兼容模型、霍尔丹法则、染色体重排、染色体数量变化以及表观遗传修饰等几个方面展开对合子后隔离分子机制的探究，并以此鉴定出了许多与生殖隔离有关的物种形成基因。

2.2.1 遗传不兼容模型 (Bateson-Dobzhansky-Muller incompatibility, BDMI)

Bateson (1909)、Dobzhansky (1937) 和Muller(1942) 先后提出了种间杂交导致的遗传不相容进化模型。该模型认为种间杂交产生的子嗣不育或不存活是由于两个或两个以上功能相互作用的基因座或遗传区域在两个亲本物种中独立进化后，通过种间杂交方式在杂交种基因组中重新组合时由于亲本积累的互作基因对中等位基因间的不适配而引起的功能紊乱和适合度下降 (Mack and Nachman, 2017, Satokangaset al., 2020)。具体而言，在二倍体生物中，假设祖先群体在两个互作基因座上的固有适配基因型为AABB，当祖先群体分化为两个子嗣群体后，各自群体中这两个基因座上的基因型分别突变和固定为AAbb 和aaBB，Ab 和aB等位基因型组合与祖先AB 型的组合适合度上没有差异，但a 和b 两种基因型的互作则不兼容。当基因型为AAbb 的个体和基因型为aaBB 的个体发生杂交时，它们的后代将产生AaBb 基因型，由于等位基因a 和b 之间的负上位相互作用 (即两个独立基因之间的相互作用导致不利的生物学效应)，降低了杂交个体的生存力和繁殖力，产生合子后生殖隔离 (Cutter, 2012)。

果蝇的种间杂交实验是阐释遗传不兼容模型的经典案例。大部分合子后隔离相关基因的分子机制研究集中在黑腹果蝇和拟果蝇，以及拟果蝇和毛里求斯果蝇 (Drosophila mauritiana) 的杂交不育或杂交雄性不育实验。通过果蝇的杂交实验发现，Odysseus、Hmr、Nup98、Zhr、JYalpha、Lhr、Nup96、Nup160等导致果蝇种间合子后隔离的基因或者也叫物种形成基因 (Tinget al., 1998; Barbashet al., 2003; Presgraveset al., 2003;Brideauet al., 2006; Mallet, 2006; Ferree and Barbash, 2009;Tang and Presgraves, 2009)，其中雌性黑腹果蝇与雄性拟果蝇杂交后，由于雌性黑腹果蝇上X 连锁的Hmr基因与雄性拟果蝇常染色体上Lhr基因间的不相容作用，导致F1 代雄性致死 (Brideauet al.,2006)。此外，也发现拟果蝇常染色体上的Nup160基因和Nup96基因与黑腹果蝇X染色体上某个因子不相容，导致杂交致死 (Tang and Presgraves,2009)。在小鼠中，研究人员发现了第一个也是唯一被报道的哺乳动物杂交不育基因——PRDM9，该基因编码一种减数分裂特异性组蛋白甲基转移酶，可预先确定减数分裂重组热点的位置 (Paigen and Petkov, 2018)。当两个分化的小鼠亚种 (Mus musculus和Mus domesticus) 发生杂交时，由于PRDM9与X 连锁基因座 (Hstx2) 间的遗传不兼容，导致杂交小鼠的雄性不育 (Forejtet al., 2021; Valiskovaet al., 2022)。在剑尾鱼属中，研究人员发现XMRK和Rab3d之间的遗传不兼容作用可能导致花斑剑尾鱼 (Xiphophorus maculatus) 和青剑尾鱼 (Xiphophorus hellerii) 之间的杂交种产生致命的黑色素瘤，导致杂交种无法存活，降低了杂交种的适合度 (Scarpinoet al., 2013; Luet al., 2020)。

除了可以通过人为杂交实验的方式探究动物的合子后隔离分子机制并鉴定出关键的隔离基因或物种形成基因外，自然界中普遍存在的种间杂交动物类群也为我们提供了关于生殖隔离过程和分子机制研究的重要模型 (Mallet, 2005)。例如在意大利麻雀的杂交物种形成案例中，在意大利麻雀中筛选出与两个亲本间建立生殖隔离的候选不兼容基因，包括RPS4、CHD2D、HSDL2、ND2等(Hermansenet al., 2014; Trieret al., 2014)。在亚洲黑熊物种形成研究中，研究人员除了发现与体型大小相关的基因之外，还发现亚洲黑熊基因组中从亲本中分选、重组和固定了多个与生殖性状相关的基因，例如FⅠGLA、HSD17B12、MDM4、AGBL5、G1GALT1、GORASP2等，这些基因可能涉及BDMI不亲和性，引发亚洲黑熊与两个亲本之间的合子后隔离 (Zouet al., 2022)。在黔金丝猴的杂交物种形成案例中也分选和固定了在亲本间高度分化、有生殖性状过程相关的67个正选择基因，它们可能促进并导致了黔金丝猴与亲本合子后生殖隔离的建立 (Wuet al., 2023)。在食蟹猴种组的杂交事件中，食蟹猴种组也分别从两个亲本中继承了多个与生殖性状相关的基因，例如UGT1A9、ADAM20、WFDC2、FANCF、DMRTC2、SⅠAH1、POC1A、PRLR、PTPN11、KCNU1和MSH6等(Zhanget al., 2023)。

物种形成过程是一个持续的过程，当种群分布范围扩张或种群间的地理隔离消失时，还没有完全生殖隔离的异域种群常常会发生二次接触并产生自然杂交区；此时该区域的种群可能处于物种形成的不同阶段，研究者也对自然界中不完全生殖隔离的物种进行了研究，以此探究不同进化时间尺度下生殖隔离建立的演化机制 (Abbottet al., 2013)。生活在青藏高原的青海沙蜥 (Phrynocephalus vlangalii) 和贵德沙蜥 (Phrynocephalus putjatai) 大约在3.79 ～ 5.06 个百万年前分化，随着150 万年前共和古湖的消退，这两个在形态和遗传组分上已分化的物种在该区域发生了二次接触(Gaoet al., 2022)。Gao 等 (2022) 从基因组层面解析这两个物种生殖隔离的形成和维持机制，发现在青海沙蜥和贵德沙蜥的基因组高分化区富集到与生殖有关的雌激素受体和减数分裂等通路，并鉴定出与精子形成、受精过程、不孕、减数分裂有关的ESR1、TEX11、TCP11、TGⅠF2、PRSS21等基因，提示可能是这些基因促进了青海沙蜥和贵德沙蜥生殖隔离的建立，并且两物种间的生殖隔离依靠歧化选择 (自然选择作用使影响某些性状的遗传位点在不同的种群中向着不同的方向适应和进化) 和高分化区的低重组来维持。除了利用自然界中形成的模型系统—杂交带来探究物种形成机制，家养动物也是研究物种形成过程中种群分化初期的生殖隔离分子机制的优秀模型 (Xieet al.,2021)。Xie 等 (2021) 使用欧洲大白猪和东北民猪杂交及其子嗣群体，探索物种形成初期阶段的生殖隔离和遗传结构的进化，研究表明，欧洲大白猪和东北民猪的杂交后代部分不能存活，进一步的研究发现常染色体上的多个遗传不兼容位点已经在不同家猪品系中演变出了微弱的生殖隔离，遗传不兼容基因主要富集于血管生成、雄激素受体信号通路以及T细胞受体信号通路，提示生殖隔离可能与生长发育以及免疫等方面的选择作用有关。

2.2.2 霍尔丹法则 (Haldane’s rule)

霍尔丹法则是在1922年由Haldane提出，认为两个物种杂交后代的异配子性 (XY 或ZW) 比同配子性 (XX 或WW) 更有可能不育或不能存活，即在XY 性别决定的动物中，雄性杂种可能不育或不能存活；在ZW 性别决定的动物中，雌性杂种可能不育或不能存活，提出性染色体在物种间生殖隔离即物种形成过程中发挥着更加重要的作用 (Haldane, 1922)。在XY 性别决定系统中，不亲和基因也倾向于在X染色体上更快地积累，也就是大X效应或Coyne 法则 (Kopaniaet al., 2022)。例如D.mauritiana和D.sechellia果蝇杂交产生正常的F1代雌性，但是雄性不育。回交发现导致杂交雄性不育的渗入片段不是随机在基因组中分布，而是大部分与X 染色体连锁，导致杂交雄性不育的不相容性 (Masly and Presgraves, 2007)。

研究者用显性理论、Faster-X 理论、Fastermale 理论、减数分裂驱动理论等来解释霍尔丹法则 (Delph and Demuth, 2016)。显性理论指当性染色体上存在隐性不亲和等位基因时，隐性不亲和等位基因在异配子 (XY 雄性或ZW 雌性) 个体中存在时会导致不育或不能存活，但在同配子 (XX 雌性或WW 雄性) 个体中就会被野生型的显性等位基因所掩盖，仍然能产生健康可育后代 (Turelli and Orr, 1995)。例如在ZW/ZZ 性别决定的拍达袖蝶(Heliconius pardalinus) 中，两个亚种 (Heliconius pardalinus butleri和Heliconius pardalinus sergestus)杂交产生的F1 代雌性不育，研究发现杂交种不育与性别有关，Z 染色体与多条常染色体有强烈的上位相互作用，并鉴定出多个可能参与卵子发生的基因，比如Z 染色体上的Egfr、magu，11 号染色体上的baz，这些基因会导致杂交种卵巢中没有发育中的卵母细胞 (Rosseret al., 2022)。Faster-X 理论指不亲和基因在性染色体上会更快被固定，基因在X 染色体上比常染色体进化更快 (Koevoets and Beukeboom, 2009)。例如在果蝇中发现X 染色体比常染色体能更快地积累非同义突变，表明X染色体进化速度更快 (Musterset al., 2006)。Fastermale 理论指由于精子发生容易被破坏或者性选择驱动雄性突变积累速度快于雌性，杂交雄性不育位点比杂交雌性不育位点积累得更快 (Wu and Davis, 1993)。在果蝇的种间杂交实验中发现，导致雄性不育的基因组区域多于雌性以及控制精子发生的基因进化速率更快 (Hollocher and Wu, 1996)。减数分裂驱动理论指性染色体上的驱动因素和抑制因子之间的差异导致不育 (Frank, 1991; Hurst and Pomiankowski, 1991; Cowell, 2023)。例如毛里求斯果蝇和拟果蝇的杂交后代性别比例严重失衡，是来自毛里求斯果蝇中的tmy基因与来自拟果蝇的性染色体互作不兼容作用导致的 (Taoet al.,2001)。

2.2.3 染色体重排 (Chromosomal rearrangement)

染色体的结构在维持基因组功能完整性和物种形成方面具有重要意义 (Butlin, 2005)。染色体重排是由于基因组中DNA 双链在不同位置断裂，末端重新连接后形成新染色体的过程，包括染色体片段的缺失、重复、倒位、易位 (张得芳，2017)。染色体片段的缺失是指染色体上部分片段丢失，伴随着该片段上的基因也丢失；重复是指染色体上多出了某一片段的拷贝；倒位是指染色体上部分片段从两端断开，旋转180°后重新连接在染色体上，该片段上的基因也随之重排；易位是指一染色体上的部分片段从两端断开，随后连接到另一染色体上，该片段上的基因也随之转移。染色体重排能够打乱杂交种中的细胞减数分裂过程，引起杂种不育，从而降低与亲本间的基因流，促进新物种形成 (Butlinet al., 2012)。

染色体重排特别是染色体倒位在物种形成过程中至关重要。由于倒位可以抑制重组，并在性染色体上更快积累有害突变和基因组合，因此性染色体上的倒位可作为有效的生殖隔离障碍，在物种形成初期发挥重要作用 (Walshet al., 2023)。例如果蝇属中，在Drosophila pseudoobscura和Drosophila persimilis的杂交案例中发现X 染色体右臂和2号染色体上的倒位导致果蝇杂交种不育并伴随雌性择偶偏好 (Nooret al., 2001)。在不吉按蚊(Anopheles funestus) 中的染色体倒位与生存能力和交配表型关联，倒位会促进不吉按蚊的选型交配，从而抑制正常染色体的个体与含有倒位染色体的个体交配 (Ayalaet al., 2013)。橙腹拟鹂 (Ⅰcterus galbula) 和布氏拟鹂 (Ⅰcterus bullockii) 的分歧时间大约在35 万年前，演化出了不同的羽毛性状，但是它们在北美中西部的平原和河谷地带仍存在广泛的杂交。基因组分析发现，与常染色体相比Z染色体更明显分化，并且在Z 染色体上检测到43.57 Mb 的倒位，该倒位区域显著富集到与眼睛感光细胞分化、视网膜形态发生等过程相关的基因，提示倒位通过抑制重组，维持了负责橙腹拟鹂和布氏拟鹂物种间不同羽毛类型的视觉感官感知的基因复合物，从而促进并维持橙腹拟鹂和布氏拟鹂物种间的生殖隔离 (Walshet al., 2023)。此外，在同域分布的海伦闪蝶 (Morpho helenor)、双列闪蝶 (Morpho achilles) 和梦幻闪蝶 (Morpho deidamia) 物种中，基于两两物种间全基因组比对分析发现，这3种闪蝶的基因序列总体上相似，但在Z染色体上检测到发生了多次染色体重排事件，海伦闪蝶和梦幻闪蝶间发生了1 次1.6 Mb 的倒位，海伦闪蝶和双列闪蝶间发生了5 次倒位 (最长为1.8 Mb)，梦幻闪蝶和双列闪蝶间发生了2 次倒位，其中1 次为1.6 Mb，推测染色体上的倒位可能通过抑制物种间基因组的重组或引起杂种不育来促进物种形成 (Bastideet al., 2023)。Hooper 和Price(2017) 检查了411 种雀形目鸟类的染色体核型，发现倒位在雀形目中广泛存在，并发现随着生活区域的重叠，染色体的倒位数量也逐渐增多，说明当生活区域重叠时，雀形目通过倒位抑制重组，使得它们在二次接触后仍能保持物种的独立性。

2.2.4 染色体数量变化 (Chromosome number change)

染色体融合和分裂能够引起染色体数目变化，是导致物种间核型差异的主要原因。不同染色体数量的物种间的杂交子嗣可以形成复杂且不稳定的减数分裂，从而导致减数分裂的不分离和不育。研究发现鳞翅目中染色体的数量变异与其物种形成率有关 (de Voset al., 2020)。例如3 种同域分布的海伦闪蝶、双列闪蝶和梦幻闪蝶之间染色体数量存在差异：梦幻闪蝶有27 对染色体，而海伦闪蝶和双列闪蝶有28 对染色体，染色体的数量差异可能导致同域分布的闪蝶属物种间的生殖隔离(Bastideet al., 2023)。Reis 等 (2023) 通过对不同染色体数的猎蝽科 (Reduviidae) 物种进行杂交实验，并基于系统发育分析、染色体进化模型重建等，发现在猎蝽科的物种形成过程中可能发生了9次染色体数量变化导致物种间核型差异产生生殖隔离障碍，从而促进物种形成，实现物种多样化 (Reiset al., 2023)。

另一种是染色体数目整体的倍性变化。多倍化是物种形成的一种重要方式，包括同源多倍体(Autopolyploidy) (同一物种内染色体数目加倍) 和异源多倍体 (Allopolyploid) (不同物种间杂交引起的子嗣个体染色体数目整体加倍)，在植物中较为普遍，只有少部分动物比如昆虫、两栖类以及鱼类是通过多倍化产生 (Mallet, 2007)。溪蟾属(Rheobatrachus) 包含6 个二倍体物种和3 个四倍体物种，研究发现四倍体的澳大利亚穴居蛙起源于同源多倍体形成事件，并发现二倍体物种间存在生殖隔离，但四倍体物种与二倍体物种之间却存在杂交现象，从二倍体到四倍体有不对称的倍性基因流，推测染色体加倍可能导致二倍体中潜在的遗传不兼容位点被四倍体掩盖，从而打破了物种间的生殖隔离。基于生态位分析显示也可能是通过克服染色体倍性差异导致的生殖隔离使穴居蛙能适应更恶劣的环境，从而维持了物种多样性(Novikovaet al., 2020)。Session 等 (2016) 发现非洲爪蟾 (Xenopus laevis) 是由2个二倍体祖先物种在17 ～ 18 个百万年前杂交形成的异源四倍体物种。基因组中包含L 和S 两套亚基因组，在形成多倍体物种的过程中，L 更多的保留了远祖状态，而S 则经历了基因丢失、删除、重组和表达降低的情况(Sessionet al., 2016)。通过重建鲤亚科鱼类的多倍化演化历史，发现鲫鱼、鲤鱼和金线鲃共同起源于13.8 ～ 15.1 个百万年前的一次古老异源多倍化事件，并基于基因组与转录组等多组学分析，发现不同于非洲爪蟾基因组中的非对称演化模式，红鲫的两个亚基因组在整个二倍化进程中一直经历交替的非对称性功能丢失，两个基因拷贝随胚胎发育时间的推进发生表达优势的切换，并且DNA 甲基化可能参与调控同源基因的表达 (Luoet al., 2020)。由此可见，多倍体杂交物种通过不同的方式选择性过滤掉亲本亚基因组的一部分以此维持自身基因组的稳定性，在此过程中也与亲本基因组间产生巨大的遗传差异，从而建立生殖隔离，实现物种多样化。

2.2.5 表观遗传修饰 (Epigenetic modification)

表观遗传修饰是指通过化学修饰改变染色体上的DNA 和蛋白质化学组成和稳定性，从而影响基因的表达，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、小RNA 等 (Niiranenet al., 2022)。当两个已经分歧的物种进行杂交时，杂交子嗣的基因组通常会启动基因组和转录组的广泛修饰，从而产生新的基因表达模式，导致物种间出现生殖障碍 (Michalak,2009)。因此，表观遗传修饰对研究物种形成机制也同样重要。研究发现同域形成的不同盲鼹鼠(Spalax galili) 物种，是由于启动子区的甲基化差异影响转录因子结合，促进了不同物种中p53的差异表达，从而诱导不同程度的细胞周期停滞以适应不同的环境，说明p53的甲基化修饰在环境适应以及同域物种形成过程中的重要性 (Zhaoet al.,2016)。Long 等 (2023) 在热带爪蟾 (Xenopus tropicalis) 和非洲爪蟾中的正向、反向杂交实验中发现雌性非洲爪蟾与雄性热带爪蟾的杂交后代发育良好，但雄性非洲爪蟾与雌性热带爪蟾的杂交后代在胚胎发育时期就死亡；该研究发现H3K4me3 组蛋白修饰在生殖隔离和维持杂交种的亚基因组平衡中至关重要，雄性非洲爪蟾与雌性热带爪蟾的杂交后代由于缺乏H3K4me3 组蛋白修饰，Wnt 信号通路、p53 信号通路以及其他通路失调阻碍了杂交后代的胚胎发育，导致发育失败。犏牛是家牦牛和普通牛的远缘杂交后代，表现出雄性不育。Li等 (2020) 比较了牦牛和犏牛睾丸细胞组蛋白转甲基酶和组蛋白甲基化修饰，结果显示甲基化转移酶MLL5、EHMT2、SETDB1、SETDB2、EZH2、SUV420h1 和PRDM9 等在牦牛和犏牛睾丸组织的表达上存在差异，组蛋白甲基化水平在牦牛和犏牛中也存在差异，H3K27me3 和H4K20me3 在犏牛的支持细胞 (为发育中的精子提供保护和营养的细胞) 中富集。H3K4me3、H3K9me1、H3K9me3 和H4K20me3在减数分裂中的表达与定位也存在显著差异，提示甲基化修饰、组蛋白修饰在犏牛的生殖细胞发育中发挥不可或缺的作用 (Liet al.,2020)。小RNA 是一组新发现的转录调控和染色质修饰的效应物，也能导致杂交个体的基因组不稳定和生殖隔离 (Brown and O’Neill, 2010; Crespi and Nosil, 2013)。其中miRNA 作用广泛，在生殖细胞的生物发生、生殖器官功能以及胚胎发育过程中均具有重要作用 (Rezaet al., 2019)。在哺乳动物睾丸中，X 连锁的miRNA 比在常染色体上更快进化，提示X 连锁的miRNA 的快速进化可能在雄性生殖方面有重要功能，有助于哺乳动物的物种形成 (Guoet al., 2009)。牛和牦牛的杂交后代除了受甲基化、组蛋白修饰导致雄性不育外，Zhao 等(2022) 发现与两个亲本相比，bta-miR-7 在杂交不育的雄性后代中显著下调，影响了与生殖相关的靶基因的表达 (MYRFL、FANCA、ⅠNSL9、USP7X和SHF)，杂交后代生精停滞，导致雄性不育。

3 展望

物种形成机制是生物学领域中最基础、最重要的问题之一，生殖隔离作为物种形成的关键环节，揭示和阐明其遗传基础对于理解物种形成过程至关重要。通过对动物物种间生殖隔离过程及其机制的深度解析，有利于针对濒危野生动物类群的保护和研究工作。在保护遗传学中，常常通过遗传多样性、遗传结构以及群体历史等评估目标物种的遗传演化现状以及进行保护单元的划分。物种间的生殖隔离程度可以为保护单元划定提供参考，对于有生殖隔离的物种类群，应划分为单独的保护单元，以此保护物种的遗传完整性。此外，物种间的生殖隔离程度也可以为异地引种策略的制定和实施提供参考。另一方面，也有利于开发克服生殖隔离的育种技术，针对家养动植物类群实现远缘杂交，充分发挥杂种优势，有望开发出更多具有优良性状的新品种。

如今物种形成的生殖隔离机制仍存在不少争议，争议的焦点主要在于生殖隔离是由少数基因驱动还是多数微效基因的相互作用而形成；物种间的生殖隔离程度是否会随着物种的进化而一直强化；合子前隔离障碍和合子后隔离障碍在物种形成过程中哪一个最重要或最先起作用等等 (Kulmuniet al., 2020; Mallet and Mullen, 2022; Westramet al., 2022)。得益于高通量测序技术的发展，通过高通量测序技术可以获得更多高质量、高解析度的物种基因组序列信息，使得通过基因组数据分析物种形成的分子机制成为了可能。可以从基因组层面来挖掘导致物种产生生殖隔离的关键基因，并探讨基因型与表型以及与环境间的相互作用关系等，从而获得对物种形成过程更深入的认识。但这也存在一定的局限性 (Bocket al., 2023)，目前大多数基因组研究都是基于SNPs 分子标记从基因组层面描述物种形成过程，挖掘与物种形成相关的基因。如本文所述，结构变异 (SVs) 以及表观遗传修饰对物种形成过程中的生殖隔离建立也是极为重要的，但这方面的研究相对较少。此外，在物种形成过程中，是否存在特定的关键调控网络介导物种间的生殖隔离？或者当这些调控网络中的某个基因缺失后可导致某一类动物间打破生殖隔离，促使可以杂交产生可育后代？这些问题亟待探索。

基因组学的发展虽然使研究对象从实验室模式生物扩展到野生动物种群，大大丰富了人们对不同物种形成过程及内在机制的认识。但仅依靠基因组比较分析预测出潜在的生殖隔离基因在物种形成研究中是远远不够的，现今的很多研究仍然缺乏直接的功能证据证明这些基因在生殖隔离中所发挥的作用。这需要结合相关的实验验证，将基因与生殖隔离表型进行关联，对其分子机制进行全面阐述。然而，目前仅果蝇属、剑尾鱼属、拟南芥属、酵母属等模式生物类群有开展相关的实验和研究 (Mack and Nachman, 2017; Powellet al., 2020)，而非模式生物中还未被广泛研究。其难点在于非模式生物很难像模式生物那样可以借助人为杂交实验解析其具体的物种形成过程和内在机制。因此可以在对非模式物种进行基因组学分析的基础上，结合模式物种的基因编辑技术 (比如CRISPR-Cas9) 在实验室中开展物种形成实验(Experimental Speciation) 以揭示非模式物种生殖隔离的分子机制 (Whiteet al., 2020)。

此外，物种形成中的生殖隔离建立过程所涉及生物、非生物因素的作用，多学科的交叉与合作将有力推动动物物种形成的研究。对于动物尤其是野生动物而言，判断物种间是否存在生殖隔离，以及明确生殖隔离产生的来源 (地理隔离、行为隔离、杂交等)，就需要生态学、行为学的野外观测、实验数据，并结合生物信息学、遗传学，进一步在宏观和微观层面全面、系统地解析动物的生殖隔离机制。

最后，生殖隔离是理解物种形成的基础，也是进化生物学的核心概念。在物种形成过程中受到各种各样因素导致物种间建立生殖隔离，但最终都会反映在遗传物质的改变上来。物种形成是一个渐进的过程，物种形成基因在该过程中的作用巨大甚至是决定性的。物种形成基因在不同物种中经历了快速进化，当一个种群中某一特定的等位基因进入另一种群时，由于源自该种群的等位基因与另一种群的等位基因不兼容，便会导致杂交后代繁殖能力下降，最终促使物种间产生生殖隔离。然而目前在动物中发现的导致物种形成的基因较少，尤其是在哺乳动物中仅发现并验证了唯一一个物种形成基因——PRDM9(Paigen and Petkov, 2018)。剖析物种形成基因的具体作用机制以及物种形成基因的分子进化特征，将有助于从根本上了解物种形成过程，探索物种起源，揭示自然界中物种多样性产生的原因。因此在未来的研究中，对物种形成基因的鉴定以及分子机制的探究将是物种形成研究的核心和关键内容。