掌叶大黄复合体未来气候变化下的基因组脆弱性

【作者】 王聪颖； 周理盼； 王一涵； 王婧； 王正媛； 周涛； 冯力； 王戌梅；

【机构】 西安交通大学药学院； 西安市第九医院药剂科； 四川大学生命科学学院生物资源与生态环境重点实验室； 河南农业大学生命科学学院；

【摘要】 背景:在全球气候变化背景下,解析生物体的适应潜力有助于减缓生物多样性丧失。基因组预测可揭示不同气候条件下种群的脆弱性和适应潜力,为特定物种的管理干预、种群恢复和种质资源保存奠定基础。掌叶大黄复合体是常用大宗中药——大黄的基原物种。然而,由于全球气候的快速变化和人类的过度采挖,野生资源急剧减少,急需对其进行科学管理和有效保护。方法:本研究对掌叶大黄复合体自然分布区的野生种群进行全面采样和全基因组重测序,基于213个个体的高质量的全基因组单核苷酸多态性变异,结合群体基因组学和景观基因组学的理论和方法,系统解析掌叶大黄复合体的遗传结构及遗传多样性,探究局地适应的基因组基础和驱动因素。使用基因型-环境关联(GEAs)识别掌叶大黄复合体与环境变量显著相关联的SNP位点,并利用梯度森林(GF)模型和冗余分析(RDA)预测未来气候情境下的基因组脆弱性。此外,还评估了种群基因组偏移和遗传负荷与遗传多样性之间的关联。结果:掌叶大黄复合体存在两个种下谱系,西部谱系可进一步细分。GEAs共鉴定出与环境存在显著关联的16,709个泛适应性位点和1198个核心适应性位点。气候变化是影响复合体遗传分化的主要驱动因素。基于GF和冗余分析的基因组预测结果表明,两种数据集在未来气候情景下存在相似的基因组偏移模式,东部谱系面临较高的适应不良风险。在大多数情况下,具有较高基因组偏移的种群通常具有较低的遗传多样性,而基因组偏移与遗传负荷之间没有明显的关联模式。结论:本研究揭示了使用综合的景观基因组学和群体基因组学分析框架在具有重要经济和生态价值物种未来的育种计划上的潜在应用价值,为掌叶大黄复合体的气候适应性提供了全基因组视角,并为掌叶大黄复合体野生资源的科学管理和保护提供理论依据。更多还原