中國科學院昆明植物研究所
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科研進展

昆明植物所極小種群野生植物綜合保護團隊解析朱紅大杜鵑“小種群”的形成與維持機制

文章來源:分類室、植物園  |  發布時間:2021-07-15  |  作者:  |  浏覽次數:  |  【打印】 【關閉

 

  朱紅大杜鵑(Rhododendron griersonianum Balf. f. et Forrest)属于杜鹃花属、朱红大杜鹃亚组的唯一物种。1924年由Forrest发表之后就销声匿迹了数十年。在2011年出版的《The Red List of Rhododendrons》、2013年发布的《中国生物多样性红色名录——高等植物卷》以及2017年发布的《中国高等植物受威胁物种名录》中,朱红大杜鹃均被评爲极度濒危(CR)。朱红大杜鹃花大、色彩艳丽、花期长、观蓤D壑蹈摺⑿宰从帕迹是花卉产业育种的重要种质资源。朱红大杜鹃目前野外仅知残存2个居群,不足500株,属于典型的極小種群野生植物,亟需开展其濒危机制和抢救性保护方面的工作。 

  爲抢救性保护该物种,中國科學院昆明植物研究所極小種群野生植物综合保护团队马永鹏研究组联合中国林业科学院资源昆虫研究所马宏课题组、中国环境科学研究院刘勇波研究组和云南省农业科学院花卉研究所王继华研究团队,对朱红大杜鹃以及近缘广布物种马缨杜鹃进行了一系列保护基因组学比较分析。该研究首次获得朱红大杜鹃染色体水平的高质量全基因组,基因组大小677 Mbcontig N5034 Mbscaffold N50 53 Mb,組裝質量大大超過了當前杜鵑花屬所有完成測序的物種,並注釋了38,280個蛋白編碼基因。通過與其他物種進行系統發育研究表明,杜鵑花目與山茱萸目在大約于100 Ma前發生分化。 

  爲进一步解析朱红大杜鹃的濒危原因,研究人员对朱红大杜鹃进行了重测序,群体历史分析结果表明,历史上经历3次嚴重遺傳瓶頸,與冰期-間冰期作用、共和運動等地質曆史事件一致。最後一次遺傳瓶頸之後,朱紅大杜鵑的有效種群大小逐漸恢複。但種群調查大小僅數百株,這可能與人類活動如水庫建設、采挖和修路等有關。同時,我們對同屬廣布種馬纓杜鵑進行了重測序,並與朱紅大杜鵑進行了比較分析,結果表明,朱紅大杜鵑顯著積累了更多數量的純合有害突變;朱紅大杜鵑的長片段純合(Runs of homozygosityROH)程度顯著高于馬纓杜鵑,表明朱紅大杜鵑近交嚴重。此外,與馬纓杜鵑等其他16個具有染色體水平全基因組信息的木本植物相比,朱紅大杜鵑的遺傳多樣性非常低。 

  總之,人類活動導致的生境喪失、遺傳多樣性極低、地質曆史事件導致的遺傳瓶頸、近交和與熱適應相關基因的有害突變,是朱紅大杜鵑極小種群形成和維持的主要原因。最後,本文對朱紅大杜鵑搶救性保護行動提出了建議。相關結果以“Chromosome-level genome assembly and population genetic analysis of a critically endangered rhododendron provide insights into its conservation”爲题发表在植物学三大国际主流期刊、中科院1區期刊The Plant Journal。期刊編輯給予文章較高評價:“This is an outstanding manuscript and the more detailed and appropriate experimental design makes this a very valuable and scientifically sound study”。 

  該研究得到生態環境部生物多樣性調查與評估、第二次青藏高原綜合科學考察研究——青藏高原旗艦、極度瀕危和球根宿根類植物的調查評估與綜合保護(杜鵑專題)、國家自然科學基金、雲南省中青年學術與技術帶頭人等項目的資助。 

  文章鏈接 

  

1 朱紅大杜鵑的生境、分布與形態特征。a)猴橋居群,生于公路旁河邊;(b)界頭居群,生于農田旁河邊;(c)朱紅大杜鵑漏鬥狀朱紅色的花冠;(d)已知2個居群在我國騰沖市的分布。 

  

2 朱紅大杜鵑遺傳多樣性和有效種群大小變化。a17個木本植物的遺傳多樣性比較;b)基于Stairway plot的朱紅大杜鵑有效種群大小變化;(c)基于fastsimcoal2的朱紅大杜鵑有效種群大小變化,T代表时间,深蓝色圖形的大小及上面的数字代表有效种群大小。 

  

3. 遺傳負荷和近交。桔紅色柱子代表朱紅大杜鵑,藍綠色柱子代表馬纓杜鵑。(a)有害突變數量比較。(b)雜合和純合有害突變數量比較。(c)長純合片段比較。 

(責任編輯:李雪)

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