《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。
  • 《武汉植物园在濒危植物迁地保护成效评估中取得新进展》

    • 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:2021-11-30
    • 日益加剧的全球变化导致许多珍稀濒危植物面临灭绝的风险。迁地保护被认为是应对珍稀濒危植物灭绝风险的重要手段。植物迁地保护往往面临来源不清楚、遗传代表性不足、对新环境的适应性等问题。武汉植物园植被生态学科组以上世纪80年代由华中及其周边地区移栽至湖北九宫山国家级自然保护区的珍稀植物为研究对象,从迁地保护植物来源、遗传涵盖度和种间关系差异等方面开展迁地保护成效评价。   进展一:   以迁地保护20-35年的五种木本濒危植物(珙桐Davidia involucrata、金钱槭Dipteronia sinensis、水青树Tetracentron sinense、连香树Cercidiphyllum japonicum和银鹊树Tapiscia sinensis)为研究对象,确定5种濒危植物迁地保护种群的野生来源种群,比较迁地种群和潜在野生来源种群的遗传变异。结果表明,5个物种的迁地保护种群遗传涵盖度较高,并且每个物种的迁地种群和潜在野生种群之间遗传结构较弱。本研究可为珍稀植物迁地保护有效性评价提供案例研究。我们建议:(1)从不同的迁地保护机构或目标物种的分布范围内收集更多的个体将有助于提高迁地种群的遗传代表性;(2)完整的信息记录和合理的取样策略是提高植物迁地保护有效性的必要条件。   相关研究结果以"Exploring the origin and genetic representation of ex situ living collections of five endangered tree species established for 20-35 years"为题,发表于期刊Global Ecology and Conservation上。   进展二:   由于气候、土壤、种间相互作用等方面与原始生境不同,植物迁地保护后往往会面临选择压力的变化。以往的研究主要关注了气候、土壤等非生物因素的变化对迁地保护植物的影响,而对于虫食等生物因素方面变化的研究较少。   本研究以5种濒危木本植物(白辛树Pterostyrax psilophyllus、珙桐、金钱槭、银鹊树和水青树)为研究对象,探讨植物在迁地保护保护20-35年后虫食压力和防御策略的变化。结果表明,迁地种群的食草昆虫种类、虫食压力和防御策略都发生了变化。与野生种群相比,迁地种群的虫食率较低,化学防御物质的整体水平较低,营养物质的水平较高,说明迁地种群虫食压力降低,防御能力下降,防御策略发生转变。同时,野生种群中食草动物更青睐于营养丰富的植物,而迁地种群的叶片营养物质含量相对较高。因此,长期生存在迁地环境可能会导致这些濒危植物对自然环境中虫食压力的不适应。本研究为濒危植物保护提供了新的见解,虫食防御的变化在迁地保护和回归中应予以考虑。   相关研究结果以"Shifts in leaf herbivory stress and defense strategies of endangered tree species after 20-35 years of ex-situ conservation"为题,发表于期刊Global Ecology and Conservation上。   上述研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和生态环境部生物多样性调查和评估项目的资助。   论文链接一:https://doi.org/10.1016/j.gecco.2021.e01928   论文链接二:https://doi.org/10.1016/j.gecco.2021.e01490