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漾濞槭保护基因组研究与保护策略制定方面取得重要进展

  漾濞槭(Acer yangbiense是2003发表的云南省特有种。由于生境退化、种群和数量稀少,2010328日云南省人民政府批复的《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,被列为20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2009年起,系统开展了漾濞槭的调查、研究和综合保护工作。系统调查结果表明,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)743。为弄清漾濞槭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进行了深入研究。 

  基因组水平的遗传多样性分析表明,漾濞槭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,与它们之间的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 plot2SMC++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最后,研究团队发现漾濞槭约13%衍生SNP发生了有害突变(图3。功能注释表明,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除考虑增加遗传多样性水平要考虑纯合有害突变的数量,避免引入更多有害突变;同时还要考虑遗传背景的相似性和遗传距离,避免亚种群间授粉后的异交衰退。本研究为在基因组水平上进行极小种群野生植物的科学保护开创了一个典范。尤其是在漾濞槭的保护措施方面,多个审稿人给予积极评价,如The topic of the study is of high interest for conservation, especially to illustrate what genomics can bring into conservation genetics”the conservation suggestions offer a commendable example of how genomics can inform conservation strategies in real world populations”  “especially at the end of the article the authors provide solid implications for further conservation action of A. yangbiense”等。 

  以上研究果以“Demographic history and identification of threats revealed by population genomic analysis provide insights into conservation for an endangered maple”为题发表在国际分子生态学著名期刊、中科院1区期刊Molecular Ecology上。本研究由昆明植物研究所极小种群野生植物综合保护研究大团队孙卫邦研究团队和马永鹏研究团队合作完成。该研究得到国家重点研发计划科技基础资源调查专项2017FY100100)、第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0502)、云南省联合基金重点项目U1302262和云南省科技创新人才计划项目2019HC015)的资助。 

  文章链接 

  

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)。 

  

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)、纯合有害突变的数目(b)以及纯合亚种群的纯合有害突变位点的分布模式(c

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