群体遗传学理论预测，地理分布范围狭窄的物种比其广布近缘种可能经历更强的遗传漂变、拥有更高的近交水平和更高的突变负荷，但群口统计历史如何塑造局域适应的基因组学基础仍知之甚少。
根据最近的分类学修订，猕猴桃属共有75个种或变种，其中大部分种是中国特有种。猕猴桃属有些物种分布范围广，而有些物种仅呈狭域分布。因此，猕猴桃属植物是探讨群口统计历史如何塑造局域适应的基因组学基础的良好材料。
近日，中国科学院武汉植物园研究人员在The Plant Journal在线发表了题为Repeated genetic adaptation under demographic limits in kiwifruit的研究论文，揭示了群口统计学历史如何塑造物种局域适应性的基因组学基础。
图1 长叶猕猴桃和毛花猕猴桃的地理分布、采样点以及群体遗传结构
首先作者假设：（i）由于长期有效居群规模较小，分布范围狭窄的物种表现出较低的遗传多样性、较高的近交水平和更高的突变负荷；（ii）尽管存在群口统计历史约束，狭域种和广布种共享的环境压力仍可驱动重复适应；（iii）重复适应可能源于祖先的固有遗传变异（standing genetic variation）、适应性渐渗（adaptive introgression）或独立的新生突变（independent de novo mutations）。作者利用两个猕猴桃物种——狭域分布的长叶猕猴桃（Actinidia hemsleyana）和广域分布的毛花猕猴桃（A. eriantha）检验了这些假设。尽管这两个猕猴桃属植物在群口统计历史和分布范围大小上存在差异显著，但在中国亚热带地区具有同域分布区域（图1a），这为检验以上假说提供了可能性。
图2 长叶猕猴桃和毛花猕猴桃遗传多样和近交系数比较
作者采用全基因组重测序技术，在全基因组水平上检测了两个物种的遗传多样性和近交系数，研究结果表明有效居群大小收缩以及近交已侵蚀了狭域分布物种的全基因组多样性（图2），并伴随显著更高的有害突变负荷（图3）。
图3长叶猕猴桃和毛花猕猴桃有害突变积累的比较
图4长叶猕猴桃和毛花猕猴桃共有的与环境适应性相关的靶基因
此外，尽管存在截然不同的群口统计历史，狭域种和广布种对共享的气候变化梯度均表现出重复的基因组响应印迹，即出现共同的与环境适应性相关的靶基因（图4）。这种重复适应（repeated adaptation）主要由祖先的固有变异驱动，适应性渐渗的贡献较小，而独立新生突变的作用有限。这些结果表明，群口统计历史塑造了全基因组多样性和突变负荷，但当共享遗传变异仍然存在时，并不妨碍重复适应的发生。
中国科学院武汉植物园姚小洪研究员和魏娜研究员为论文的通讯作者，在读博士生秦梦云为该论文的第一作者；中国科学院武汉植物园博士研究生黄靖汶，博士后申宇芳和江全参与了研究。该研究得到国家自然科学基金面上项目的资助。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.71163?af=R
热门跟贴