近日，生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院董文攀副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心道地藥材品質(zhì)保障與資源持續(xù)利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王升研究員、汪奕衡博士，針對(duì)林草種質(zhì)資源的遺傳多樣性的評(píng)價(jià)開(kāi)展了系列研究，提出了基于葉綠體基因組對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行快速遺傳多樣性評(píng)價(jià)的方法，闡明了北方最重要的鄉(xiāng)土植物榆樹(shù)和藥用植物連翹的遺傳多樣性格局。
林草種質(zhì)資源是物種多樣性和遺傳多樣性的基礎(chǔ)，是關(guān)系到國(guó)家生態(tài)安全和人類生存發(fā)展的戰(zhàn)略性資源。完善林草種質(zhì)資源保存的技術(shù)體系至關(guān)重要。從林草種質(zhì)資源收集與保存的視角看，遺傳多樣性評(píng)價(jià)是科學(xué)決策的核心依據(jù)。其目的是確保收集工作的高效性、代表性和避免冗余，以及確保保存體系的科學(xué)性、長(zhǎng)期安全性和有效性。遺傳多樣性評(píng)價(jià)可以大幅提升保護(hù)投入的效率和效果，為林草業(yè)的長(zhǎng)期生存力、適應(yīng)力和可持續(xù)發(fā)展鎖住并守護(hù)最核心的資源。缺乏扎實(shí)的遺傳多樣性評(píng)價(jià)支撐，資源收集可能會(huì)雜亂無(wú)章甚至遺漏關(guān)鍵資源，保存措施可能流于形式甚至加速資源退化，最終導(dǎo)致應(yīng)對(duì)未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)能力的喪失。因此，遺傳多樣性評(píng)價(jià)是銜接“收存”與“利用”的關(guān)鍵樞紐。
榆樹(shù)（Ulmus pumila）是一種落葉樹(shù)種，以其耐寒、耐旱、耐鹽和抗風(fēng)的特性而聞名。該物種是分布最廣的榆科植物，其不僅生態(tài)價(jià)值高，還具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。它是中國(guó)重要的鄉(xiāng)土樹(shù)種，而且其果實(shí)、樹(shù)皮和葉子在食品、造紙和醫(yī)藥等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
本研究聯(lián)合河北省豐寧國(guó)有林場(chǎng)管理處鄧柵子林場(chǎng)，對(duì)保存的榆樹(shù)種質(zhì)資源進(jìn)行廣泛取樣，通過(guò)高通量測(cè)序，拼接了完整的葉綠體基因組，旨在識(shí)別樣本間的基因組變異，開(kāi)發(fā)用于區(qū)分榆樹(shù)種質(zhì)資源的分子標(biāo)記，揭示其遺傳多樣性和遺傳變異，并解析其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和種群結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)發(fā)生和群體結(jié)構(gòu)分析表明，榆樹(shù)可劃分為兩個(gè)主要類群，且二者之間存在顯著分化。進(jìn)一步地，類群 I 可細(xì)分為三個(gè)支系，類群 II 包含兩個(gè)支系。這五個(gè)支系的分化時(shí)間大約在400萬(wàn)至900萬(wàn)年前。自上新世以來(lái)，各榆樹(shù)支系的有效種群大小保持相對(duì)穩(wěn)定，未觀察到顯著波動(dòng)。
本研究基于葉綠體基因組評(píng)估了種質(zhì)資源圃保存榆樹(shù)的遺傳多樣性，并建立了一個(gè)遺傳多樣性數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)種質(zhì)資源的遺傳標(biāo)記，并實(shí)現(xiàn)對(duì)遺傳背景的快速識(shí)別，可以顯著減少冗余資源保護(hù)。本研究將有助于更有效地保存和利用榆樹(shù)種質(zhì)資源。
圖1. 榆樹(shù)種質(zhì)資源遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)
研究論文以“Chloroplast genome-based genetic variation and genetic diversity of Ulmus pumila (Ulmaceae) germplasm”為題，發(fā)表在Industrial Crops and Products 期刊上（中國(guó)科學(xué)院分區(qū)一區(qū)TOP期刊）。
北京林業(yè)大學(xué)生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院博士研究生劉康佳為論文第一作者，董文攀副教授和中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心汪奕衡博士為共同通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121452
連翹（Forsythia suspensa (Thunb.) Vahl）是中國(guó)傳統(tǒng)中藥材之一，也是著名的早春開(kāi)花植物，極具觀賞價(jià)值。連翹葉綠體基因組呈現(xiàn)較高水平的種內(nèi)遺傳變異，可從母系遺傳視角揭示遺傳多樣性，并對(duì)核基因組數(shù)據(jù)形成有效補(bǔ)充。本研究通過(guò)對(duì)覆蓋連翹全部分布區(qū)的樣本進(jìn)行葉綠體基因組測(cè)序與組裝，構(gòu)建泛葉綠體基因組圖譜，并探究該物種的群體結(jié)構(gòu)與遺傳多樣性。
圖2. 連翹的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)
連翹種群內(nèi)共檢測(cè)到734個(gè)單核苷酸變異位點(diǎn)、211個(gè)插入缺失位點(diǎn)及11個(gè)小片段倒位，顯示出較高的遺傳多樣性。群體結(jié)構(gòu)分析、系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)與主成分分析一致支持連翹分為5大遺傳譜系，且群體間存在顯著遺傳分化。連翹的遺傳分化格局與地理分布高度吻合，表明地理隔離是連翹遺傳多樣性及分化的重要驅(qū)動(dòng)因子。本研究揭示了連翹母系遺傳多樣性模式，構(gòu)建了首個(gè)連翹泛葉綠體基因組圖譜，更為后續(xù)種質(zhì)資源收集與保存提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。
圖3. 連翹群體間遺傳差異與地理變異格局
研究論文以“The pan-plastome reveals the genetic diversity and genetic divergence of Forsythia suspensa (Oleaceae) from the maternal inheritance perspective”為題，發(fā)表在Industrial Crops and Products 期刊上（中國(guó)科學(xué)院分區(qū)一區(qū)TOP期刊）。
北京林業(yè)大學(xué)生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院碩士研究生曹林林和中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心孫嘉惠副研究員為共同第一作者，保護(hù)學(xué)院董文攀副教授和中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心王升研究員為共同通訊作者。
