昆明植物所发现人类活动影响了喜马拉雅地区核桃的遗传格局

昆明植物研究所 严丽君、刘杰 2024-01-23

  山地系统约占1/4的陆表面积,由于较高的地形多样性和环境异质性,承载了地球上近1/3的陆生生物多样性。喜马拉雅作为令人瞩目的山地系统,平均海拔3326 m,面积6.62 105 km2, 拥有近一万种维管植物,是36个生物多样性热点地区之一。尽管该地区人烟稀少被喻为“人类禁区”,但人类活动在该地区却有上万年的历史。由于该区面积较大,地形环境多样,又涉及多个国家,使其具有较高的地缘政治复杂性和特殊性,因此掣肘了喜马拉雅地区系统全面的科学研究,其中植物群体遗传学方面尤为突出。

  胡桃(Juglans regia L.)和泡核桃(J. sigillata Dode隶属胡桃科胡桃属,具有重要的经济价值。胡桃可能巴尔干、伊朗高原到喜马拉雅及中国均有自然分布,目前已在温带广泛栽培;而泡核桃局限分布于东喜马拉雅至中国西南地区。在喜马拉雅,仅分布有这两种胡桃属植物,是探究该地植物遗传多样性格局及成因的理想对象。中国科学院昆明植物研究所(以下简称“昆明植物所”)李德铢团队以喜马拉雅地区的胡桃和泡核桃为研究对象,通过与印度、巴基斯坦等国家的学者合作,收集了该地区651410份样本,基于微卫星标记、叶绿体基因组及气候环境数据,系统地开展了景观遗传学研究。群体遗传结构分析结果表明,该地区分布的胡桃属植物可划分为6个遗传分组(图1),即:胡桃3个组(命名为JR1, JR2, JR3)、泡核桃(JS)以及两种杂交类型 (JR1 JS, JR3 JS)。在胡桃中,位于西喜马拉雅的JR1组具有最高的遗传多样性和特有性,可能是胡桃的遗传多样性中心。分布于东喜马拉雅的泡核桃(JS)具有与胡桃JR1相近的遗传多样性,是泡核桃野生遗传资源的重要分布区。此外,在遗传多样性和气候环境因子(海拔、温度、降水等)的相关性检测中,发现胡桃的遗传多样性与经度、海拔呈显著负相关,与纬度及年均温呈显著正相关,暗示喜马拉雅东部胡桃JR2群体可能由JR1经喜马拉雅扩散而来(图2)。另外,虽然几个遗传组间存在显著地理隔离,胡桃与泡核桃仍在喜马拉雅中部和云南西北部发生双向的杂交,形成了两个杂交区(图3)。结合人类在喜马拉雅及毗邻区的拓殖历史,推断人类活动影响了喜马拉雅地区核桃的分布,造成了胡桃与泡核桃之间频繁的基因渗入,与自然环境共同塑造了喜马拉雅地区核桃的遗传景观。该研究为喜马拉雅地区胡桃属资源的保护指明了方向,即应重点保护喜马拉雅东、西两侧的种质资源。同时,由于两者存在频繁的杂交,故在遗传资源保护中,应谨防杂交导致的遗传侵蚀。在资源利用方面,该研究强调应遵循道法自然的理念,即自然存在的杂交群是未来核桃良种选育中既有的宝贵遗传资源。  

  近日,该研究以Human-associated genetic landscape of walnuts in the Himalaya: implications for conservation and utilization为题在生物地理学期刊Diversity and Distributions上发表。昆明植物所刘杰副研究员、李德铢研究员和印度加尔各答大学的Debabrata Maity副教授为论文共同通讯作者。云南师范大学副教授(现为西双版纳热带植物园副研究员)严丽君、昆明植物所博士研究生樊鹏振和博士后Moses C. Wambulwa为该论文共同第一作者。此外,云南大学、英国爱丁堡大学、印度喀什米尔大学、巴基斯坦真纳大学等单位也参与了研究。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院从“01”原始创新项目、云南省兴滇英才、云南省科技厅基础研究等项目的资助。  

  文章链接 

 

1 喜马拉雅地区胡桃(JR)和泡核桃(JS)的遗传结构  

 

图2 胡桃和泡核桃的遗传多样性与气候环境因子的相关性 

   

3 喜马拉雅地区胡桃和泡核桃遗传结构及地理隔离障碍的分布,杂交区的群体用灰色和紫色的外圈示意