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山地環(huán)境和基因型共同驅動(dòng)橫斷山特有植物的適應性進(jìn)化

發(fā)布時(shí)間:2024-06-08
來(lái)源:生物地理與生態(tài)學(xué)研究組

以橫斷山為代表的全球山地生態(tài)系統,擁有極豐富的物種和遺傳多樣性,但是正受到全球氣候變化的威脅。由于受到不同程度的環(huán)境效應、基因型效應或基因型-環(huán)境互作效應的影響,高山生物可以呈現出不同的適應性策略(圖1)。其中,表型可塑性和局域適應性分別對應于環(huán)境效應和基因型-環(huán)境互作效應,是高山植物應對氣候變化的兩種常見(jiàn)策略,有助于高山植物適應快速變化的山地環(huán)境,但是其作用方式和貢獻程度尚不清楚。

中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“版納植物園”)星耀武團隊,以橫斷山特有十字花科植物高蔊菜為研究對象,通過(guò)同質(zhì)園相互移栽實(shí)驗,揭示其適應性策略的類(lèi)型和表型基礎,并評估不同效應對其表型變異的貢獻程度。在2021至2022年間,本研究相互移栽37個(gè)不同基因型于不同海拔的同質(zhì)園(2800m vs. 3800m),對包括開(kāi)花率和芥子油苷含量在內的9個(gè)適應性相關(guān)表型進(jìn)行測定;通過(guò)混合線(xiàn)性模型等統計方法,評估環(huán)境或基因型對高蔊菜表型變異的貢獻,并識別影響適應性的主要環(huán)境因素。研究結果表明,高蔊菜的表型變異受到環(huán)境效應和基因型-環(huán)境互作效應的共同影響(圖2);緯度異質(zhì)性被鑒定為關(guān)鍵環(huán)境變量,可以解釋32%的適應性表型變異;橫斷山北段的基因型在開(kāi)花率等形態(tài)表型上擁有較高的可塑性,橫斷山南段內來(lái)自不同海拔的基因型間,則在芥子油苷含量等代謝表型上存在顯著(zhù)的局域適應性。

該研究證明高山植物多樣性可能由山地環(huán)境和基因型共同塑造,為探討高山植物的適應性機制提供了實(shí)驗證據和研究框架,也為高山植物及其遺傳多樣性資源的就地保護提供科學(xué)依據。相關(guān)研究以Effects of environment and genotype-by-environment interaction on phenotype of Rorippa elata(Brassicaceae),an endemic alpine plant in the Hengduan mountains為題,在線(xiàn)發(fā)表于植物生態(tài)學(xué)期刊Journal of Plant Ecology。版納植物園碩士研究生杜志強為第一作者,星耀武研究員和韓廷申副研究員為通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )、香格里拉高山植物園和普達措國家公園的支持。

圖1 基因型-表型-環(huán)境互作的三種情形

圖2不同變量對高蔊菜適應性表型變異的貢獻

本文作者:韓廷申

責任編輯:張維靜
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