中国科学院武汉植物园在古老孑遗植物群体基因组学和适应性进化研究取得重要成果学术资讯

来源：植物科学最前沿

近日，中国科学院武汉植物园王恒昌团队与中国科学院昆明植物所孙航团队合作，在New Phytologist 发表了题为“Genomic insights into adaptation to heterogeneous environments for the ancient relictual Circaeaster agrestis (Circaeasteraceae, Ranunculales)”的研究论文。该研究基于群体基因组学阐明了我国古老孑遗类群—星叶草的遗传结构和进化历史，揭示了环境异质性对物种种群遗传分化的影响，并通过基因组与环境关联分析为高山植物遗传分化及环境适应性提供了重要的遗传证据，为物种保护提供了重要信息。

图1：星叶草种群遗传结构揭示环境多元的异质性与生物遗传变异之间的相互作用是理解物种进化历史的关键，为研究全球气候变化下生物的适应性进化和濒危物种的保护提供了重要理论依据。然而，对于非模式物种，环境变化如何促进物种分化，以及适应性进化的遗传基础知之甚少。山地由于频繁剧烈的地质运动导致的环境异质性造成地理分布隔离，影响物种分化，而发育为极富特色的物种特有性和多样性中心。原本山川，极命草木。中国幅员辽阔，尤其是包括青藏高原台地、河谷纵切的横断山区、以及邻近的川东鄂西古老特有化中心等，形成了复杂的地形地貌和丰富的气候多样性，从而孕育了极多快速辐射演化的且观赏性和药用价值突出的植物类群，如风毛菊、景天、龙胆、报春花等；同时也包含一些古老孑遗类群，如星叶草属。星叶草叶脉具和银杏叶片相似的两叉状分枝，暗示其古老的起源。本种植物零星分布于喜马拉雅和横断山地区，向东到达神农架林区，生境狭窄，为国家重点保护的珍稀濒危植物。独具形态特色和脆弱生境分布的中国特有植物是如何在大自然生存繁衍的呢？它的维持和发育又如何为我国重要的资源植物的保护提供启示呢？该团队对星叶草开展基于简化基因组的群体基因组学和适应性进化研究。结果表明，星叶草种群之间遗传多样性异常的不平衡，表现出显著的遗传结构；种群之间的遗传分化显著受地理隔离和生态位隔离的影响。分子钟推算星叶草起源古老，大概在5千多万年前，而现有种群之间在6百万年前开始分化，横断山脉的抬升可能促进了星叶草的分化。环境梯度和冗余分析均揭示了种群遗传变异与温度变量之间的显著相关性。基于环境关联的基因组扫描分析鉴定了多个与适应性相关的潜在选择性位点，为理解星叶草的遗传分化及环境适应性提供了重要的遗传证据。
该工作为研究非模式物种，特别是高山植物的适应性进化提供了模板。研究提高了我们对适应性进化的驱动因素和机制的理解，为气候变化背景下制定合理的物种保护策略提供了理论依据。
中国科学院武汉植物园博士研究生张旭为第一作者，课题组孙延霞副研究员、昆明植物所孙航研究员和武汉植物园王恒昌研究员为共同通讯作者。该工作得到了中国科学院武汉植物园骨干人才计划，中国科学院战略性先导科技专项（A），“第二次青藏高原综合科学考察”及国家自然科学基金的资助。

来源：frontiersin 植物科学最前沿

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