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壯麗含笑Michelia lacei為木蘭科Magnoliaceae含笑屬常綠喬木，在《中國生物多樣性紅色名錄——高等植物卷（2020）》中的受威脅等級為瀕危（EN: B1ab(i,iii); D），被列入了2023年12月15日云南省人民政府批準發(fā)布的《云南省重點保護野生植物名錄》。壯麗含笑也是《“十四五”全國極小種群野生植物拯救保護建設方案》和《云南省極小種群野生植物拯救保護規(guī)劃（2021-2030）》中急需開展研究和拯救保護的目標物種。在此之前，研究團隊基于野外調(diào)查和標本、文獻查閱，在對壯麗含笑當前以及未來的潛在適生區(qū)域進行模擬，為其保護策略制定提供了參考。為了進一步揭示壯麗含笑瀕危的分子機制，研究團隊對植株進行系統(tǒng)采樣，開展了該物種的保護遺傳學研究。

圖1 壯麗含笑植株以及樣品采集分布

本研究共采集52株野生壯麗含笑（分布于滇東南）和12株（引自龍陵縣）昆明植物園遷地保護個體，共64個樣品進行轉錄組測序。基于數(shù)據(jù)分析，明晰了壯麗含笑所有采樣植株來自3個遺傳背景。遺傳多樣性（π = 0.298）相對于其它木蘭科受威種類而言具有較高的水平，但是近期存在強烈的自交現(xiàn)象（FIS = 0.358）。昆明植物園遷地保護種群（KM）與滇東南種群之間存在明顯的遺傳分化（FST = 0.170–0.304），基因流分析也表明在近期滇東南種群之間存在明顯的基因流，與昆明植物園遷地保護種群未發(fā)生基因交流現(xiàn)象。基于遺傳結構和地理距離將64個樣品分成了兩個譜系，即昆明植物園遷地保護種群譜系和滇東南野生種群譜系，這兩個譜系在近一百萬年的時間里都發(fā)生了3次瓶頸效應，最后在近1000年前兩個譜系的有效種群大小分別為85851和416622。通過使用SNPs與環(huán)境因子相關聯(lián)，共有805個離群位點被篩選出來。基于基因注釋結果，發(fā)現(xiàn)該物種正在經(jīng)歷特定的生理過程，逆境脅迫或進行特定的代謝調(diào)控。這些基因的顯著表達可能是物種為了適應環(huán)境變化或應對生物脅迫而進行的反應。特別是滇東南八寨種群（BZ）具有515個離群位點，表明該種群對當?shù)貧夂颦h(huán)境的改變具有較強的適應潛力。

圖2 壯麗含笑的種群結構劃分

圖3 壯麗含笑的種群歷史動態(tài)以及基因流

結合本研究結果和野外種群現(xiàn)狀調(diào)查分析，壯麗含笑當前“極小種群”形成的主要原因是近期強烈的人為活動。雖然壯麗含笑不同種群具有較高的遺傳多樣性，但是其存在明顯的自交現(xiàn)象，未來若不采取遺傳拯救措施，將會因進一步的自交衰退導致適應性降低，加速種群衰退。目前，研究團隊基于本研究結果，制定了種子采集策略，通過采種育苗，遷地保護不同遺傳背景的植株，并計劃通過種群增強、回歸和必要的遺傳拯救措施（如種群間人工雜交）等，進行壯麗含笑的拯救與綜合保護。

該研究以Transcriptome data analysis provides insights into the conservation of Michelia lacei, a Plant Species with Extremely Small Populations distributed in Yunnan Province, China為題發(fā)表在BMC Plant Biology上。中國科學院昆明植物研究所云南省極小種群野生植物綜合保護重點實驗室碩士研究生劉陽為論文的第一作者，孫衛(wèi)邦研究員為通訊作者。本研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃科技基礎資源調(diào)查專項項目（2017FY100100）、國家自然科學基金（32101407）和NSFC-云南省聯(lián)合基金重點項目（U1302262）的支持。

文章鏈接：

https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-024-04892-1

作者：劉 陽

編輯：陳智發(fā)

審校：孫衛(wèi)邦、蔡磊