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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(guó)生物多樣性紅色名錄——高等植物卷（2020）》中的受威脅等級(jí)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(zhǔn)發(fā)布的《云南省重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄》。壯麗含笑也是《“十四五”全國(guó)極小種群野生植物拯救保護(hù)建設(shè)方案》和《云南省極小種群野生植物拯救保護(hù)規(guī)劃（2021-2030）》中急需開(kāi)展研究和拯救保護(hù)的目標(biāo)物種。在此之前，研究團(tuán)隊(duì)基于野外調(diào)查和標(biāo)本、文獻(xiàn)查閱，在對(duì)壯麗含笑當(dāng)前以及未來(lái)的潛在適生區(qū)域進(jìn)行模擬，為其保護(hù)策略制定提供了參考。為了進(jìn)一步揭示壯麗含笑瀕危的分子機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)植株進(jìn)行系統(tǒng)采樣，開(kāi)展了該物種的保護(hù)遺傳學(xué)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(hù)個(gè)體，共64個(gè)樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。基于數(shù)據(jù)分析，明晰了壯麗含笑所有采樣植株來(lái)自3個(gè)遺傳背景。遺傳多樣性（π = 0.298）相對(duì)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(qiáng)烈的自交現(xiàn)象（FIS = 0.358）。昆明植物園遷地保護(hù)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(hù)種群未發(fā)生基因交流現(xiàn)象。基于遺傳結(jié)構(gòu)和地理距離將64個(gè)樣品分成了兩個(gè)譜系，即昆明植物園遷地保護(hù)種群譜系和滇東南野生種群譜系，這兩個(gè)譜系在近一百萬(wàn)年的時(shí)間里都發(fā)生了3次瓶頸效應(yīng)，最后在近1000年前兩個(gè)譜系的有效種群大小分別為85851和416622。通過(guò)使用SNPs與環(huán)境因子相關(guān)聯(lián)，共有805個(gè)離群位點(diǎn)被篩選出來(lái)。基于基因注釋結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該物種正在經(jīng)歷特定的生理過(guò)程，逆境脅迫或進(jìn)行特定的代謝調(diào)控。這些基因的顯著表達(dá)可能是物種為了適應(yīng)環(huán)境變化或應(yīng)對(duì)生物脅迫而進(jìn)行的反應(yīng)。特別是滇東南八寨種群（BZ）具有515個(gè)離群位點(diǎn)，表明該種群對(duì)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的改變具有較強(qiáng)的適應(yīng)潛力。

圖2 壯麗含笑的種群結(jié)構(gòu)劃分

圖3 壯麗含笑的種群歷史動(dòng)態(tài)以及基因流

結(jié)合本研究結(jié)果和野外種群現(xiàn)狀調(diào)查分析，壯麗含笑當(dāng)前“極小種群”形成的主要原因是近期強(qiáng)烈的人為活動(dòng)。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(lái)若不采取遺傳拯救措施，將會(huì)因進(jìn)一步的自交衰退導(dǎo)致適應(yīng)性降低，加速種群衰退。目前，研究團(tuán)隊(duì)基于本研究結(jié)果，制定了種子采集策略，通過(guò)采種育苗，遷地保護(hù)不同遺傳背景的植株，并計(jì)劃通過(guò)種群增強(qiáng)、回歸和必要的遺傳拯救措施（如種群間人工雜交）等，進(jìn)行壯麗含笑的拯救與綜合保護(hù)。

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(guó)科學(xué)院昆明植物研究所云南省極小種群野生植物綜合保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生劉陽(yáng)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)項(xiàng)目（2017FY100100）、國(guó)家自然科學(xué)基金（32101407）和NSFC-云南省聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（U1302262）的支持。

文章鏈接：

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

作者：劉 陽(yáng)

編輯：陳智發(fā)

審校：孫衛(wèi)邦、蔡磊