早在1921年，Alfred Sturtevant就发表了关于染色体倒置的文章，并且认为染色体倒置对进化有重大影响，当倒置是杂合子的时候，倒置会抑制重组的发生。受到这一影响，在其后的半个世纪中，很多群体遗传学者都用果蝇为材料，研究倒置造成的群体多样性。在1970年代，随着生物化学和分子遗传学的兴起，人们对研究焦点逐渐偏离了对倒置的研究。不过，其后比较基因组学兴起，显示了倒置要远比人们之前想象的多得多，使得人们再次聚焦倒置在生物进化中的意义。比如，通过传统细胞学的方法发现人类和黑猩猩之间在染色体水平上只有9处倒置，而通过基因组比较发现在序列水平上有1500多个倒置。
[人类基因组和黑猩猩基因组比较，左侧为人类染色体，右侧为黑猩猩染色体，红线表示倒置】
什么是染色体倒置
倒置是染色体变异的一种形式，大多数的导倒置比较小，一把<1KB，当然有一些也会很大，比如黑腹果蝇的3RP倒置，其长达可达数个MB，包含了成百上千个基因。
倒置可以分为两类：
臂间倒置：
pericentric inversions，倒置区域包含了中心粒。在倒置区域内的一次重组将导致不平衡配子的产生，即有些含有0个中心粒，有些含有两个中心粒。这种倒置造成的后果很严重。臂内倒置：
paracentric inversions，倒置区域不包含中心粒，通常不会付出适应性代价，所以臂内倒置存在的概率是臂间倒置的数十倍。
倒置最先在果蝇的唾液腺细胞中观测到，果蝇也是很容易观测到倒置的生物。通过染色体染色技术能够很直观的看到倒置的发生。也可以通过重组和连锁不平衡来推测倒置的存在，但是这需要有基因标记图。此外，二代短读长测序也可以用来识别倒置断点。
倒置在进化上的一个很重要的作用是它可以抑制重组。一些较大倒置区域的重组率水平比正常区域低好多。当然，由于双次交叉互换和基因转换的存在，倒置区域仍然存在一定程度的重组，重组率并不是零。进化过程就是倒置区域和非倒置区域相互竞争的过程，两者可能势均力敌，到达共存的平衡状态，或者一种形式把另一种形式完全取代了。
倒置的进化
和其他类型的突变一样，倒置的进化受到选择和遗传漂变的作用。很多倒置，特别是一个小的位于基因座位间的倒置，很可能是中性进化的，仅仅受到遗传漂变的影响。有些倒置，如臂间倒置，会导致减数分裂出问题；还有一些倒置的断点改变了基因阅读框架或者改变了基因表达。这些倒置带来的后果往往是不利的，比如人类一些遗传病。自然选择会倾向于剔除这些倒置。也会有一些倒置区域含有一个或多个受选择的基因，这时倒置常常因此受到正向选择。
一个有意思的现象是，有些臂间倒置居然在相邻物种之间得到了固化。按理来说，臂间倒置应该是有害的，受到负向选择，所以应该很少见。两个物种间出现臂间倒置的固化，说明在这两个物种分化之后，其中一个发生的臂间倒置扩散到了整个群体。研究人员只能用遗传漂变来解释这一现象，因为他们发现这种现象多发生在进化率很快的一年生植物中，这些植物种群结构变化很大，而且常常自身授粉，这就导致了有效群体数量大大降低，从而使得遗传漂变的效应大大增强。在这种情况下，臂间倒置可能会在一个种群中得到固化。
倒置也可能是共显性的，这一方面取决于断点发生的部位，另一方面也取决于倒置区域内的共显性基因。还有可能是”相关共显性“，即如果一个受到正向选择的倒置内含有一个或多个有害隐形基因时，如果倒置的频率在群体中达到一定水平，就会大大提升有害隐形基因纯合的概率，这时倒置在群体中处于一种平衡状态，既不会继续升高频率，也不会减低。
倒置在一些物种中表现的极高的多态性。比如在果蝇中，这些极高多态性的倒置并不是很古老的，多态性不仅表现在临近物种之间，还表现在同一物种的不同染色体间。
性染色体形成
倒置在性染色体的进化中同样扮演了重要的作用。在哺乳动物中，Y染色体几乎无法和X染色体进行重组。在哺乳动物Y染色体进化的早期，很多重叠的倒置扩大了Y染色体上的非重组区域。
很多基因受到”性拮抗选择“，即一个等位基因在某一性别中可能是有利的，但是在另一性别中表现却是有害的。理论研究发现，自然选择常常会降低这些受到”性拮抗选择“的基因和决定性别的基因之间的重组。其实这也很好理解，决定雄性的染色体必然会携带有利于雄性个体的基因，重组率的降低能够保证这些相关基因尽量保存在一条染色体上。所以，如果一个倒置同时获得了性别决定基因和有利于改性别的基因，该倒置会极大的促进进化。随着越来越多倒置的加入，该区域也会变得越来越大，比如Y染色体的形成过程。一旦Y形成一个独立于X的进化区域，Y就成了一个无性进化单元。之后，一系列进化机制，如遗传漂变和有害突变的积累，导致Y染色体退变。这也就造成了现在哺乳动物和果蝇中的Y染色体很小，像是遗传沙漠，缺失了很多基因内容。
【既然有性繁殖的意义在于基因重组，提高后代杂合性和适应性，那么为什么又会形成两性呢？因为”性拮抗选择“的存在，两性的存在在基因进化的角度上并不具有明显优势。为什么不是单性不同个体的有性繁殖？】
所以，倒置在性染色体的起源上发挥了重要的作用。很多动物和植物的性染色体异质性上并没有哺乳动物这么明显。如在三刺鱼中，性染色体很大一部分可以像常染色体那样进行重组的。这些性染色体可能是正在从常染色体向性染色体进化的一个阶段。即一个含有性别的决定基因和性拮抗基因的倒置形成一个新的性染色体。
物种形成
研究发现染色体进化率和物种形成速率有很强相关关系，但是这种相关关系尚不能够告诉我们哪个是因，哪个是果。由于倒置导致的种群间的差异，是物种分户形成的关键点，倒置在不同物种间积累了适合本群体的有利基因。
局部适应
在不同地理区域，倒置在不同群体中表现出不同的频率。一个典型的例子是果蝇的3RP倒置，其在3个不同的大陆上均表现出了相同的随纬度变化而变化的趋势。另一个例子是在非洲传播疟疾的按蚊，其倒置的频率随着生存环境梯度变化而改变。
局部适应是在不同环境中不同的基因受到选择。如果一个倒置同时含有多个适应于当地环境的基因，那么该倒置会有很大的选择优势，其频率会在群体中迅速升高。而且，由于倒置抑制了重组，不会使得有利基因之间相互分离。大大提高了适应性和选择优势。
同时，研究发现在同一个生境中的两个果蝇物种，其倒置出现的差异要比不同生境的两个物种大。原因和性染色体进化相似，倒置的出现，阻止了有利基因的分离，形成了基因之间的强强联合。
猴面花的局部适应和物种形成
猴面花monkeyflower广泛分布在北美，有两种不同的生态型，一种是一年生，适应于干旱的内地，另一种是常年生，适应于潮湿寒冷的沿海地区。它们的开花时间有很大不同，一年生的开花早，通常在炎热干燥的夏天到来之前就开花了；而常年生的，则需要经过漫长的时间累积能量才能开花。这种开花时间上的差异造成了两个种群的隔离。
研究发现，即便将两个种群进行杂交，在其中一条染色体上很少发生重组，而且很多造成两个种群表型差异的基因都位于这一区域。其中，3个表型和两个种群的生殖隔离有关。所以，推测这一区域为一个倒置区域。而且这一区域在不同地理区域表现出很高的多态性，像是一个”超基因”在两个生态型猴面花的局部适应和生殖隔离的形成发挥着重要的作用。
这两种猴面花有共同的祖先，受到分化选择disruptive selection，一些地区的环境更适应于一年生的猴面花生存，另一些地区更适应于常年生的猴面花生存。一天，一个含有多个局部适应的倒置出现了，这个倒置大大促进了两个种群的分化。其后还有一些倒置的发生，也对两个种群的分化起到了促进作用。可以想象，如果这种倒置更多地发生，持续时间更长，那么这两个不同生态型的猴面花最终会形成两个不同物种。我们当前看到的两种猴面花只是它们分化的一个中间过程。
必须注意的一点是，两个生态型的分化，可能不仅是因为倒置含有的有利基因，也有可能是断点改变了基因的表达而造成的。具体是哪一种原因，还要等到更多的研究来证实。
【谢谢关注，欢迎转发分享】文献来源：Kirkpatrick, M. (2010). How and why chromosome inversions evolve. PLoS biology, 8(9), e1000501.
