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全球氣候變化對地球生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，為響應(yīng)氣候變化，很多動植物可能發(fā)生向高緯度和高海拔地區(qū)遷移，原有的生態(tài)位可能逐漸喪失，最終可能引發(fā)物種的滅絕。同時(shí)，在長期的進(jìn)化歷程中，生物逐漸適應(yīng)了外界環(huán)境氣候變化，形成了特有的對環(huán)境氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制。在全球氣候變化的背景下，研究經(jīng)濟(jì)植物對氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制對于經(jīng)濟(jì)植物種質(zhì)資源的保護(hù)和可持續(xù)利用具有重要科學(xué)意義。

武漢植物園獼猴桃群體基因組研究團(tuán)隊(duì)以中國特有經(jīng)濟(jì)植物毛花獼猴桃(Actinidia eriantha)為材料，基于RAD-seq技術(shù)和全基因組亞硫酸氫鹽測序技術(shù)獲得的SNPs分子標(biāo)記和DNA甲基化變異信息，利用基因組掃描、基因型-環(huán)境因子關(guān)聯(lián)分析和甲基化變異-環(huán)境因子關(guān)聯(lián)分析等方法，發(fā)掘了與氣候因子(降水和溫度)關(guān)聯(lián)的SNPs位點(diǎn)和甲基化變異位點(diǎn)(SMVs)，并進(jìn)行功能注釋。發(fā)現(xiàn)一些SNPs位點(diǎn)和甲基化變異位點(diǎn)注釋到的基因與非生物脅迫響應(yīng)密切相關(guān)，預(yù)示著這些基因可能參與了毛花獼猴桃對氣候變化的局部適應(yīng)性進(jìn)化。此外，采用梯度森林(gradient forest)模型評估了毛花獼猴桃野生居群在未來氣候條件下的基因組敏感性(genomic vulnerability)或遺傳偏移(genetic offset)，發(fā)現(xiàn)毛花獼猴桃東部和中部居群具有更高的基因組敏感性。該研究結(jié)果對于理解園藝植物對氣候變化的遺傳響應(yīng)與適應(yīng)的分子機(jī)制提供了視角，也為經(jīng)濟(jì)植物野生近緣種的保護(hù)和可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

相關(guān)研究結(jié)果以“The genomic and epigenetic footprint of local adaptation to variable climates in kiwifruit”為題發(fā)表在Horticulture Research上。武漢植物園張旭博士和郭瑞博士為第一作者，姚小洪和王恒昌研究員為論文通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金(31770374、32070377)的資助。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)受邀在Fruit Research發(fā)表題為“Using Landscape Genomics to Assess Local Adaptation of Fruit trees to Current and Future Climatic Conditions”的綜述。該文系統(tǒng)性地闡述了物種局部適應(yīng)的遺傳模式、研究方法以及科學(xué)意義，總結(jié)了以景觀基因組學(xué)為主要手段的物種局部適應(yīng)研究的前沿方法，包括基因型-環(huán)境關(guān)聯(lián)分析和對未來環(huán)境適應(yīng)性的預(yù)測，并呼吁廣泛開展果樹局部適應(yīng)遺傳機(jī)制相關(guān)研究，預(yù)測氣候變化下可能出現(xiàn)的基因組敏感性，為果樹種質(zhì)資源保護(hù)和生產(chǎn)力可持續(xù)利用提供科學(xué)指導(dǎo)。

系統(tǒng)與進(jìn)化課題組張旭博士為綜述第一作者，姚小洪研究員為綜述通訊作者，得到了國家自然科學(xué)基金(32070377)和聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目(U1802232)的資助。

論文1鏈接

論文2鏈接

圖1 基因組中與氣候因子(降水和溫度)顯著關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)

圖2 RCP8.5背景下毛花獼猴桃野生居群的基因組敏感性預(yù)測

圖3 物種局域適應(yīng)研究方案總結(jié) 獼猴桃群體基因組學(xué)科組