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科研進(jìn)展

昆明植物所在極小種群野生植物蒜頭果保護(hù)基因組學(xué)研究方面取得新進(jìn)展

文章來源:分類室、昆明植物園  |  發(fā)布時間:2024-09-24  |  作者:沈元婷,馬永鵬  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

蒜頭果(Malania oleifera)隸屬于鐵青樹科蒜頭果屬,是我國特有的珍稀瀕危孑遺植物,僅殘存于云南東南部和廣西西部的喀斯特地區(qū),因其種子富含神經(jīng)酸而具有極高經(jīng)濟(jì)和藥用價值。由于其種群小且生境破碎化嚴(yán)重,蒜頭果在《云南省極小種群物種規(guī)劃綱要(2010-2020)和緊急行動計劃(2010-2015)》中被列為急需采取緊急拯救保護(hù)行動的極小種群野生植物,也是國家二級重點(diǎn)保護(hù)野生植物。中國科學(xué)院昆明植物研究所極小種群野生植物綜合保護(hù)團(tuán)隊通過基于前期發(fā)表的蒜頭果高質(zhì)量基因組,對蒜頭果整個分布范圍內(nèi)的16個種群165個個體開展了全基因組重測序,揭示了蒜頭果極小種群格局形成的原因,并評估了未來氣候變化下可能的基因組偏移(genomic offset)和生態(tài)位適應(yīng)性改變。

盡管蒜頭果分布狹窄,基于所有位點(diǎn)和中性位點(diǎn)的種群遺傳結(jié)構(gòu)分析都顯示蒜頭果包含14個遺傳組分,除了曙光、睦倫、鳳山和凌云種群,其余種群相對純和,與其他種群沒有或只有輕微的遺傳混合。基于適應(yīng)性位點(diǎn)的種群結(jié)構(gòu)最佳K=10,睦倫和八寶種群、板蚌和壩美種群、者苗和樂業(yè)種群分別具有相同的遺傳組分,暗示這些種群可能具有相似的適應(yīng)性(圖1)。雖然蒜頭果維持了相對較高的遺傳多樣性(θπ= 3.87×10?3),但舊莫、南屏和壩美種群相比于其他種群遺傳多樣性較低且具有很嚴(yán)重的近期近交,嚴(yán)重近交還導(dǎo)致了有害突變的積累,增加了遺傳負(fù)荷。同時,這三個種群與其他種群具有很大的遺傳分化,如果不進(jìn)行遺傳拯救(輔助基因流),可能會加劇其種群滅亡(圖2)??偟膩碚f,反復(fù)的瓶頸事件、近期的近交(推測發(fā)生在約490年前)和強(qiáng)烈的人為破壞加劇了蒜頭果的瀕危狀態(tài)和生境破碎化程度。此外,科研人員還對蒜頭果的未來分布區(qū)進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果表明,與當(dāng)前的分布范圍相比,2100年蒜頭果潛在適宜分布區(qū)將減少71.15%SSP126情景)和98.79%SSP585情景)。梯度森林結(jié)果表明,分布在較低海拔(廣西西部一帶)的蒜頭果種群表現(xiàn)出更大的遺傳偏移,暗示這些種群更容易受到未來極端氣候的影響(圖3)。

以上結(jié)果為劃分蒜頭果管理單元和適應(yīng)性單元提供了科學(xué)參考,為確定遺傳拯救優(yōu)先群體提供了理論依據(jù)。同時,科研人員強(qiáng)調(diào)了基因組脆弱性評估、生態(tài)位模擬和景觀基因組學(xué)在科學(xué)制定極小種群野生植物保護(hù)行動中的重要性。

近日,該研究以Genomic insights into endangerment and conservation of the garlic-fruit tree (Malania oleifera),a plant species with extremely small populations為題在線發(fā)表于國際期刊GigaScience。中國科學(xué)院昆明植物研究所已畢業(yè)碩士研究生沈元婷、博士研究生陶麗丹和張仁綱為共同第一作者,馬永鵬研究員、孫衛(wèi)邦研究員為共同通訊作者。碩士研究生姚剛(已畢業(yè))和周敏潔參與了部分工作。該研究獲得云南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、中國科學(xué)院西部之光計劃、云南省興滇人才計劃和云南省科技特派團(tuán)項目的資助。

文章鏈接

1. a)蒜頭果采樣分布點(diǎn)、(b-d)基于適應(yīng)性位點(diǎn)的種群結(jié)構(gòu)、PCA和進(jìn)化樹


2. a)蒜頭果不同種群FROH比較、(bROH長度在種群中的分布、c不同種群中純和衍生有害突變的比例、(d0-fold/4-fold雜合率和基因間區(qū)雜合率的關(guān)系

3.?基于所有SNPa、b環(huán)境適應(yīng)性SNPc、d)預(yù)測的未來情景下蒜頭果的基因組脆弱性


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