《武汉植物园在全球生态恢复对植物遗传多样性的影响研究中取得新进展》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2023-04-17
  • 作为生物多样性的重要组成部分,遗传多样性对植物个体适合度和种群应对环境变化至关重要。然而,人为活动引起的生境破碎化和生境丧失已经导致全球许多野生植物面临遗传多样性丧失。生态恢复作为当前生物多样性保护和恢复的重要措施之一,已经在全球范围内得到广泛实施,并在很大程度上促进了物种多样性、功能多样性和生态系统服务的恢复。那么,生态恢复是否有效提升了野生植物的遗传多样性呢?

      中国科学院武汉植物园植被生态学科组建立了全球生态恢复种群、参考种群和退化种群的遗传变异数据库。通过数据整合和meta分析,探究全球范围内生态恢复是否促进被恢复植物种群的遗传多样性:(1)比较了被恢复植物种群与参照或退化种群的遗传多样性;(2)探索了植物特性、恢复策略和恢复时间对植物遗传多样性恢复效果的影响。

      被恢复植物种群的遗传多样性显著低于参照种群,但是与退化种群相当。木本而非草本植物、森林而非草地生态系统的被恢复植物种群的遗传多样性显著低于参照种群。被动而非主动恢复、直接播种而非活体种植、多种源混合而非单种源可以显著提高被恢复植物种群的遗传多样性。当恢复时间小于50年时,被恢复植物种群的遗传多样性显著低于参照种群,而当恢复时间大于等于50年时,被恢复种群的遗传多样性与参照种群相当。

      总之,与参照和退化种群相比,生态恢复并未显著提高被恢复植物种群的遗传多样性,部分原因可能是生态恢复时间相对较短。在条件允许的情况下,采用被动恢复、直接播种和多种源混合的策略可以显著提高被恢复植物种群的遗传多样性。该研究强调,在未来涉及植物的生态恢复中,需将植物种群的遗传多样性恢复作为一个重要目标。

      本研究得到了国家自然科学基金项目的资助。研究成果以“Impacts of ecological restoration on the genetic diversity of plant species: A global meta-analysis”为题,发表于生态期刊Journal of Applied Ecology。魏新增研究员为第一作者,江明喜研究员为通讯作者,徐耀粘副研究员和课题组学生吕林玉、肖之强、王世彤和杨腾为论文的共同作者。

  • 原文来源:http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202304/t20230414_6738578.html;https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/1365-2664.14390
相关报告
  • 《武汉植物园在植物异型花柱分子遗传调控机制研究中取得新进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-09-25
    •   异型花柱是被子植物中一种特殊的花多态现象和雌雄异位形式,并且具有异型花柱的物种通常同时具有自交不亲和机制。这一性状在防止自交的同时可以促进异交。异型花柱在被子植物中广泛分布,已在28个科中被报道,据估计这是至少20次独立起源并趋同演化的结果。异型花柱在遗传上是由S位点决定的,S位点是一个超基因,由多个紧密连锁的基因组成,这些基因分别控制花柱长度或雄蕊高度等特征。虽然异型花柱已经得到了广泛的研究,但对其分子机制的理解一直局限于少数物种。因此研究不同物种中的异型花柱的分子机制对于探究其趋同演化的过程有着非常重要的意义。   中国科学院武汉植物园王青锋/陈进明研究团队联合多伦多大学Spencer C. H. Barrett团队以异型花柱水生植物金银莲花(Nymphoides indica)为研究对象(图1),通过构建高质量的单倍型基因组,鉴定并解析了金银莲花中S位点超基因的演化和功能(图2)。   该研究通过群体基于测序数据覆盖度的全基因组关联分析(read-coverage-based GWAS)方法发现金银莲花短型(S-型)花柱存在一个178 kb的半合子区域,其中包含了三个S位点候选基因 - NinBAS1、NinKHZ2、NinS1,其中NinBAS1只在花柱中表达,NinS1只在雄蕊中表达,NinKHZ2在花柱和雄蕊中均表达(图3)。    该研究还探讨了S位点基因及其调控网络的潜在功能,以及转座元件和逐步基因复制对异型花柱超基因演化可能起到的作用。研究结果表明,金银莲花的S位点的转座元件密度显著高于基因组其余部分, 这些转座元件在S位点演化的过程中积累,可能进一步抑制了基因重组,进而导致基因丢失。同时,研究发现油菜素内酯在金银莲花异型花柱的发育过程中具有重要的作用,并且PIF (phytochrome-interacting factor,光敏色素互作因子)分子调控网络在雄蕊中显著富集,为分子层面上异型花柱的趋同演化提供了进一步的证据(图4)。   该研究揭示了水生植物金银莲花中异型花柱的遗传基础,拓宽了我们对植物性状多样性及其演化的认识。此外,高质量的基因组资源也为未来研究植物适应性演化的分子机制提供了宝贵的材料。   相关研究成果以"Haplotype-resolved genome assembly provides insights into the evolution of S-locus supergene in distylous Nymphoides indica"为题在线发表于国际著名学术期刊New Phytologist上。 武汉植物园博士生杨京珊和加拿大多伦多大学薛浩然博士为论文共同第一作者,加拿大多伦多大学Spencer C. H. Barrett及武汉植物园王青锋和陈进明研究员为共同通讯作者,武汉植物园石涛研究员、李治中和张越助理研究员等参与该工作。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDB31010000)、国家自然科学基金(31270278)、中国科学院青年创新促进会项目(2019335)等项目的资助。
  • 《武汉植物园在城市化对传粉者多样性和传粉服务的影响研究中取得新进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-06-27
    • 城市化是人类世最突出的生态过程之一,对全球范围内的生物多样性有着广泛而深远的影响。生境丧失和破碎化,外来物种引入,热岛效应,光、噪音、空气、土壤污染等伴随城市化的各种事件都会改变原有物种的适合度和生活史,种群动态,物种间相互作用,群落结构以及生态系统服务功能。随着全球范围内城市化进程不断增加,研究人员、公众和政府对如何管理城市从而促进生物多样性保护、粮食生产和生态恢复以实现可持续的未来发展产生了浓厚兴趣和广泛关切。植物与动物间的传粉相互作用及其结果是生态系统的关键过程和重要服务功能,地球上近90%被子植物的繁衍以及人类食物的三分之一依赖动物传粉。目前,由于人类活动加剧引起的环境快速变化,世界不同国家和地区报导了不同程度的传粉者种群衰退甚至灭绝;而城市中不同类型绿地被认为可作为特定传粉者的避难所,同时城市农业的兴起和发展带来的社会和经济价值,使得城市传粉互作过程受到广泛关注。在这一背景下,全面客观评价城市提供的高度异质化生境对不同类型传粉者多样性的影响及其潜在原因,分析城市化对传粉服务功能的影响式样和结果,具有重要的科学价值和迫切的现实意义。   中国科学院武汉植物园植物繁殖生态学学科组近年来持续关注城市环境与动植物传粉互作,系统梳理了传粉者多样性的生态价值和综合功能(Plant Diversity, 44: 429-435, 2022),揭示了城市环境对传粉者多样性和传粉服务的影响可以发生在极小的尺度上(Urban Forest and Urban Greening, 65: 127378, 2021)。近期,学科组与德国哈勒·威登堡大学合作,系统收集了全球可用数据并深入分析了城市化与传粉者多样性及传粉服务的关系,并通过对城市环境特征以及传粉者特征分析,提出了一系列可能发挥作用的因子,重点探讨了以下三个科学问题。首先,城市化对传粉者多样性的影响。与自然生境相比,城市中传粉者多度不变,但物种数显著降低;城市内部差异显著,这种差异与城市环境异质性高度有关,中等干扰程度且食物和筑巢资源丰富的生境能支持较高的传粉者多样性。不同类群传粉者响应具有明显差异,鳞翅目昆虫受影响最严重,其次膜翅目和双翅目,而鸟类和鞘翅目未受影响。值得关注的是,城市化促进了外来的传粉者,减少了本地物种,外来物种可能通过竞争花资源、筑巢地点或传播寄生虫和病原体而加剧本地野生物种的保护风险。第二,城市化对具有不同功能性状传粉者的过滤作用。城市化显著减少了地下筑巢、独居性和早春活动的传粉者多样性,但食性多寡、体型大小和活跃时长等不是显著影响因素,未来需对物候、耐热性、飞行能力等影响适应城市环境的性状展开深入研究。第三,城市化对传粉服务的影响。虽然传粉者多样性降低,但是城市传粉者仍然为城市植物提供足够的传粉服务,尤其结籽率,泛化的蜜蜂属和熊蜂属昆虫对城市化耐受程度高,对促进城市植物繁殖成功有重要意义。另外,具对称性花的植物繁殖成功显著增加,而植物来源(外来或者本地)并不影响其在城市中的繁殖成功。   研究首次量化了城市化对传粉者多样性和传粉服务的影响,并探讨了可能的影响因素,提出了潜在的传粉者多样性保护策略。如花资源多样性可以显著提高传粉者的多样性,从而缓解城市化的消极影响。未来城市传粉保护应注重提高绿地的质量和连接性,满足不同生态需求的传粉者,从而增加其多样性。相关结果为城市生态系统中生物多样性保护和管理提供了科学依据,也为城市化在提高人类福祉的过程中如何更好呈现和发挥生态价值提供了思考方向。   研究成果以The effects of urbanization on pollinators and pollination: A meta-analysis为题,发表在生态学旗舰期刊Ecology Letters上。梁欢博士为论文第一作者,德国哈勒·威登堡大学Panagiotis Theodorou博士和杨春锋研究员为共同通讯作者,博士研究生何勇登参与了研究。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDB31010000)、国家自然科学基金项目(32100188,31970253,32270243)的资助。