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繁育系統(tǒng)是高等真核生物最重要的生活史特征之一，對有效種群大小、分子進(jìn)化速率和遺傳突變積累等群體遺傳參數(shù)具有深刻影響。有性繁殖向無性繁殖的轉(zhuǎn)變將對基因組進(jìn)化產(chǎn)生多重影響。相對于有性生殖物種而言，長期依賴無性繁殖的物種可能伴隨著遺傳負(fù)荷上升、環(huán)境適應(yīng)力下降，并最終導(dǎo)致種群萎縮和滅絕風(fēng)險(xiǎn)上升等后果。盡管上述理論預(yù)期在不同層面上有過試驗(yàn)驗(yàn)證，現(xiàn)有的結(jié)果依然無法充分解析無性生殖方式在物種間的影響差異，尤其是在不同進(jìn)化時間尺度上無性生殖的負(fù)面遺傳效應(yīng)仍需進(jìn)一步深入研究。薯蕷屬（Dioscorea）植物的繁育系統(tǒng)形式多樣，特別是兼具種子（有性）和珠芽（無性）的混合繁殖方式，是探索繁育系統(tǒng)多樣化對基因組進(jìn)化的影響提供理想材料。

中國科學(xué)院昆明植物研究所植物性系統(tǒng)功能與演化（周偉）專題組在前期工作（Zeng et al. 2024,?New Phytologist;Wang et al. 2021,?Molecular Biology & Evolution;Zhong et al. 2019,?New Phytologist;Zhou et al. 2017,?New Phytologist）的基礎(chǔ)上，選用19個薯蕷屬物種作為研究對象，涵蓋了完全依賴種子進(jìn)行有性繁殖的物種，主要通過珠芽進(jìn)行無性繁殖的物種，以及同時利用種子和珠芽進(jìn)行兼性繁殖的物種，基于轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)開展不同性系統(tǒng)間DNA序列分化與多態(tài)性比較分析（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，以無性繁殖為主的物種在重組缺失的情況下，穆勒棘輪（Muller’s Ratchet）效應(yīng)將顯著加速近中性和中度有害突變的累積，負(fù)選擇效力的下降同時導(dǎo)致群體層面和物種層面的遺傳負(fù)荷上升（圖2）。相比之下，兼性繁殖的物種在群體水平上也存在明顯的遺傳負(fù)荷積累，但是，在物種層面卻沒有檢測到無性克隆所蘊(yùn)含的負(fù)面效應(yīng)，暗示一定配比的有性兼無性繁殖可能是一種較優(yōu)的繁殖策略。薯蕷屬的研究工作表明，無性繁殖產(chǎn)生的負(fù)面遺傳效應(yīng)不僅取決于繁殖方式發(fā)生及其持續(xù)的時間長度，同時也取決于物種對無性繁殖的實(shí)際依賴程度，揭示了植物繁育系統(tǒng)變異對基因組進(jìn)化的復(fù)雜影響。

以上研究結(jié)果以Effects of mode of reproduction on genetic polymorphism and divergence in wild yams (Dioscoreaceae:?Dioscorea)為題發(fā)表在Plant Diversity。中國科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生王鑫和已畢業(yè)碩士研究生封慶紅為論文的共同第一作者，周偉研究員和王紅研究員為論文共同通訊作者。中國科學(xué)院昆明植物研究所李德銖研究員、陳高研究員、蔡杰高級工程師、曾志華博士研究生，以及云南大學(xué)張志強(qiáng)副教授等參與了本項(xiàng)工作。該研究得到云南省青年人才項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、云南省重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

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圖1?薯蕷屬研究對象系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及代表物種繁育系統(tǒng)差異（e,f:?有性繁殖物種；g,h:?兼性繁殖物種；i,j:?無性繁殖物種）。

圖2?薯蕷屬不同繁育系統(tǒng)物種間分子進(jìn)化特征和遺傳負(fù)荷比較。