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                昆明植物園在漾濞槭保護基因組研究與保護策略制定方面取得重要進展
                時間:2021-12-08  來源:昆明植物園  作者:  點擊:

                  漾濞槭(Acer yangbiense)是2003年發表的云南省特有物種。由于生境退化、種群和數量稀少,在2010年3月28日云南省人民政府批復的《云南省極小種群物種規劃綱要(2010-2020)和緊急行動計劃(2010-2015)》中,被列為20個急需采取緊急拯救保護行動極小種群野生植物。昆明植物研究所極小種群野生植物綜合保護團隊從2009年起,系統開展了漾濞槭的調查、研究和綜合保護工作。系統調查結果表明,漾濞槭共2個分布區(大理蒼山和云龍縣鳳凰山)、13個分布點(亞種群)共743株。為弄清漾濞槭極小種群的形成與維持的遺傳因子,更好地指導保護,我們對片段化分的漾濞槭105個個體開展了重測序,從遺傳分化、基因流、遺傳多樣性、種群歷史、有害突變和近交等方面對漾濞槭進行了深入研究。

                  基因組水平的遺傳多樣性分析表明,漾濞槭的遺傳多樣性水平較低。基于中性位點的遺傳結構分析顯示,漾濞槭可劃分為7個遺傳組分,除崇仁亞種群與美翕亞種群外,大部分亞種群間存在遺傳混合(圖1)。使用Treemix進一步分析表明,這些亞種群間存在基因流,這與它們之間的地理距離較近和漾濞槭的異交特性有關。

                  為推斷歷史氣候事件、人類活動等因素與漾濞槭極小種群的關聯,使用Stairway plot2、SMC++和fastsimcoal2軟件,分別從物種水平和分布區水平對漾濞槭進行了種群歷史推斷。結果表明,漾濞槭在1.2–0.7百萬年前經歷過1次遺傳瓶頸,這可能與“中更新世氣候轉型”時期的持久性寒冷有關;云龍縣崇仁亞種群與大理亞種群在大約5.2萬年前發生分化,推測與大理冰期的降溫有關。隨后漾濞槭又經歷了至少2次遺傳瓶頸。在最近的一次遺傳瓶頸中,漾濞槭有效種群大小下降到200以下(圖2)。

                  此外,各亞種群的近交指數也具有顯著性差異。最后,研究團隊發現漾濞槭約13%的衍生SNP發生了有害突變(圖3)。功能注釋表明,與防御反應、響應真菌等其他微生物的相關基因發生了有害突變。與同科其他物種相比,漾濞槭擁有的抗性相關基因數量最少。

                  綜上所述,頻繁的人類干擾、反復的遺傳瓶頸、較強的有害突變積累、嚴重失衡的雌雄性比,是漾濞槭極小種群形成和維持的主要原因。基于以上研究結果,我們提出在開展極小種群野生植物的遺傳拯救時,除考慮增加遺傳多樣性水平外,還要考慮純合有害突變的數量,避免引入更多有害突變;同時還要考慮遺傳背景的相似性和遺傳距離,避免遠交衰退。本研究為在基因組水平上進行極小種群野生植物的科學保護開創了一個典范。尤其是在漾濞槭的保護措施方面,多個審稿人給予積極評價,如:“The topic of the study is of high interest for conservation, especially to illustrate what genomics can bring into conservation genetics”, “the conservation suggestions offer a commendable example of how genomics can inform conservation strategies in real world populations” 和 “especially at the end of the article the authors provide solid implications for further conservation action of A. yangbiense”等。

                  以上研究成果以“Demographic history and identification of threats revealed by population genomic analysis provide insights into conservation for an endangered maple”為題發表在國際分子生態學著名期刊、中科院1區期刊Molecular Ecology上。本研究由昆明植物研究所極小種群野生植物綜合保護研究大團隊孫衛邦研究組和馬永鵬研究組合作完成。該研究得到國家重點研發計劃科技基礎資源調查專項(2017FY100100)、第二次青藏高原綜合科學考察研究項目(2019QZKK0502)、云南省聯合基金重點項目(U1302262)和云南省科技創新人才計劃項目(2019HC015)的資助。

                  (文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.16289)

                  圖1 基于中性位點的漾濞槭各亞種群遺傳結構(a, b)與基因流檢測(c)。

                  圖2 基于三種模型在物種水平和種群水平推斷漾濞槭的種群歷史與分化。

                  圖3 漾濞槭各亞種群的近交程度(a)、純和有害突變的數目(b)以及亞種群的純和有害突變位點的分布模式(c)。

                 

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