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植物所科研人員揭示蕨類植物孢子強(qiáng)擴(kuò)散能力下生態(tài)適應(yīng)塑造的遺傳分化格局
在生物演化過程中，基因流常常扮演著消除特征性變異、維持遺傳同質(zhì)性，進(jìn)而阻礙群體遺傳分化的角色。以往研究認(rèn)為，在具有高強(qiáng)度擴(kuò)散潛力的類群中，遺傳分化通常難以形成和維持的。然而，近年來不少研究表明，擴(kuò)散能力強(qiáng)的類群也可以形成顯著的群體遺傳結(jié)構(gòu)，但這種“擴(kuò)散-基因流”悖論的形成機(jī)制尚不清楚。蕨類植物在維管植物中占據(jù)著重要的演化地位，具有獨(dú)特的生活史，孢子體和配子體均獨(dú)立生活。蕨類可產(chǎn)生大量孢子，孢子能夠借助風(fēng)力進(jìn)行長(zhǎng)距離遷移，但蕨類孢子的擴(kuò)散能力與其遺傳分化格局的關(guān)系還缺乏深入研究。
中科院植物所張憲春研究組選取亞洲溫帶廣布的二倍體同型孢子蕨類——中華蹄蓋蕨復(fù)合群Athyrium sinense complex為研究對(duì)象，通過簡(jiǎn)化基因組測(cè)序獲取全基因組范圍內(nèi)有代表性的遺傳多樣性位點(diǎn)，進(jìn)行群體遺傳分析，揭示了該復(fù)合群以東亞35°N（即秦-巴山脈以北）為分界線，南北群體在遺傳、形態(tài)和生態(tài)位上存在顯著分化。群體歷史和分布區(qū)模擬表明，該類群是在第四紀(jì)氣候變化下從亞洲東北部向西南部的喜馬拉雅-橫斷山地區(qū)遷移。相關(guān)性檢驗(yàn)和冗余分析的結(jié)果不僅支持該復(fù)合群具有較強(qiáng)的擴(kuò)散潛力，同時(shí)表明35°N南北的氣候差異是造成現(xiàn)今分化格局的關(guān)鍵。此外，研究人員還論證了林冠郁閉度、季風(fēng)方向以及生境連續(xù)性等因素均可對(duì)基因流產(chǎn)生影響。該研究為深入理解蕨類植物的時(shí)空演化提供了新的見解，并強(qiáng)調(diào)即使有強(qiáng)擴(kuò)散潛力的存在，生境異質(zhì)性仍能有效地驅(qū)動(dòng)遺傳分化。
研究成果于3月7日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Molecular Ecology上。植物所博士研究生梁思琪為論文第一作者，張憲春研究員和衛(wèi)然副研究員為論文共同通訊作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院青促會(huì)項(xiàng)目的支持。
圖a-d，中華蹄蓋蕨復(fù)合群的南北遺傳分化模式；圖e-f，環(huán)境異質(zhì)性與中華蹄蓋蕨復(fù)合群群體遺傳分化的聯(lián)系。
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