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昆明植物所在漾濞槭保护基因组研究与保护策略制定方面取得进展

科技工作者之家 2021-11-29

  漾濞槭(Acer yangbiense)是2003年发表的云南省特有物种。由于生境退化、种群和数量稀少,在《云南省极小种群物种规划纲要(2010-2020)和紧急行动计划(2010-2015)》中,漾濞槭被列为急需采取紧急拯救保护行动极小种群野生植物。中国科学院昆明植物研究所极小种群野生植物综合保护团队从2009年起,系统开展了漾濞槭的调查、研究和综合保护工作。调查结果表明,漾濞槭共2个分布区(大理苍山和云龙县凤凰山)、13个分布点(亚种群)共743株。为弄清漾濞槭极小种群的形成与维持的遗传因子,更好地指导保护,研究人员对片段化分的漾濞槭105个个体开展了重测序,从遗传分化、基因流、遗传多样性、种群历史、有害突变和近交等方面对漾濞槭开展了深入研究。

  基因组水平的遗传多样性分析表明,漾濞槭的遗传多样性水平较低。基于中性位点的遗传结构分析显示,漾濞槭可划分为7个遗传组分,除崇仁亚种群与美翕亚种群外,大部分亚种群间存在遗传混合(图1)。使用Treemix进一步分析表明,这些亚种群间存在基因流,这与它们之间地理距离较近和漾濞槭的异交特性有关。

  为推断历史气候事件、人类活动等因素与漾濞槭极小种群的关联,研究人员使用Stairway plot2、SMC++和fastsimcoal2软件,分别从物种水平和分布区水平对漾濞槭进行了种群历史推断。结果表明,漾濞槭在~1.2–0.7百万年前经历过1次遗传瓶颈,可能与“中更新世气候转型”时期的持久性寒冷有关;云龙县崇仁亚种群与大理亚种群在大约5.2万年前发生分化,推测与大理冰期的降温有关。随后漾濞槭又经历了至少2次遗传瓶颈。在最近的一次遗传瓶颈中,漾濞槭有效种群大小下降到200以下(图2)。此外,各亚种群的近交指数也具有显著性差异。研究还发现,漾濞槭约13%的衍生SNP发生了有害突变(图3)。功能注释表明,与防御反应、响应真菌等其他微生物的相关基因发生了有害突变。与同科其他物种相比,漾濞槭拥有的抗性相关基因数量最少。

  综上所述,频繁的人类干扰、反复的遗传瓶颈、较强的有害突变积累、严重失衡的雌雄性比,是漾濞槭极小种群形成和维持的主要原因。基于以上研究结果,研究人员提出在开展极小种群野生植物的遗传拯救时,应考虑增加遗传多样性水平,纯合有害突变的数量,避免引入更多有害突变;还需考虑遗传背景的相似性和遗传距离,避免远交衰退。该研究对在基因组水平上进行极小种群野生植物的科学保护,尤其是对漾濞槭的保护中具有重要意义。

  相关研究成果以Demographic history and identification of threats revealed by population genomic analysis provide insights into conservation for an endangered maple为题,发表在Molecular Ecology上。研究工作得到国家重点研发计划科技基础资源调查专项、第二次青藏高原综合科学考察研究项目、云南省联合基金重点项目和云南省科技创新人才计划项目的资助。

图1.基于所有位点(中性+选择)的漾濞槭各亚种群遗传结构(a, b)与基因流检测(c)

图2.基于三种模型在物种水平和种群水平推断漾濞槭的种群历史与分化

图3.漾濞槭各亚种群的近交程度(a)、纯和有害突变的数目(b)以及纯和亚种群的纯和有害突变位点的分布模式(c)

来源:中国科学院

原文链接:http://www.cas.cn/syky/202111/t20211129_4816195.shtml

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