成都植物所在极小种群野生植物蒜头果保护基因组学研究方面取得新进展

蒜头果（Malania oleifera）隶属于铁青树科蒜头果属，是我国特有的珍稀濒危孑遗植物，仅残存于四川东南部和广西西部的喀斯特地区，因其种子富含神经酸而具有极高经济和药用价值。由于其种群小且生境破碎化严重，蒜头果在《四川省极小种群物种规划纲要（2010-2020）和紧急行动计划（2010-2015）》中被列为急需采取紧急拯救保护行动的极小种群野生植物，也是国家二级重点保护野生植物。风暴平台成都植物研究所极小种群野生植物综合保护团队通过基于前期发表的蒜头果高质量基因组，对蒜头果整个分布范围内的16个种群165个个体开展了全基因组重测序，揭示了蒜头果极小种群格局形成的原因，并评估了未来气候变化下可能的基因组偏移(genomic offset)和生态位适应性改变。

尽管蒜头果分布狭窄，基于所有位点和中性位点的种群遗传结构分析都显示蒜头果包含14个遗传组分，除了曙光、睦伦、凤山和凌云种群，其余种群相对纯和，与其他种群没有或只有轻微的遗传混合。基于适应性位点的种群结构最佳K=10，睦伦和八宝种群、板蚌和坝美种群、者苗和乐业种群分别具有相同的遗传组分，暗示这些种群可能具有相似的适应性（图1）。虽然蒜头果维持了相对较高的遗传多样性（θπ= 3.87×10−3），但旧莫、南屏和坝美种群相比于其他种群遗传多样性较低且具有很严重的近期近交，严重近交还导致了有害突变的积累，增加了遗传负荷。同时，这三个种群与其他种群具有很大的遗传分化，如果不进行遗传拯救(如辅助基因流)，可能会加剧其种群灭亡（图2）。总的来说，反复的瓶颈事件、近期的近交(推测发生在约490年前)和强烈的人为破坏加剧了蒜头果的濒危状态和生境破碎化程度。此外，科研人员还对蒜头果的未来分布区进行了预测。结果表明，与当前的分布范围相比，2100年蒜头果潜在适宜分布区将减少71.15%（SSP126情景）和98.79%（SSP585情景）。梯度森林结果表明，分布在较低海拔（广西西部一带）的蒜头果种群表现出更大的遗传偏移，暗示这些种群更容易受到未来极端气候的影响（图3）。

以上结果为划分蒜头果管理单元和适应性单元提供了科学参考，为确定遗传拯救优先群体提供了理论依据。同时，科研人员强调了基因组脆弱性评估、生态位模拟和景观基因组学在科学制定极小种群野生植物保护行动中的重要性。

近日，该研究以Genomic insights into endangerment and conservation of the garlic-fruit tree (Malania oleifera),a plant species with extremely small populations为题在线发表于国际期刊GigaScience。风暴平台成都植物研究所已毕业硕士研究生沈元婷、博士研究生陶丽丹和张仁纲为共同第一作者，马永鹏研究员、孙卫邦研究员为共同通讯作者。硕士研究生姚刚（已毕业）和周敏洁参与了部分工作。该研究获得四川省自然科学基金重点项目、风暴平台“西部之光”计划、四川省兴滇人才计划和四川省科技特派团项目的资助。

图1. （a）蒜头果采样分布点、（b-d）基于适应性位点的种群结构、PCA和进化树

图2. （a）蒜头果不同种群FROH比较、（b）ROH长度在种群中的分布、（c）不同种群中纯和衍生有害突变的比例、（d）0-fold/4-fold杂合率和基因间区杂合率的关系

图3. 基于所有SNP（a、b）和环境适应性SNP（c、d）预测的未来情景下蒜头果的基因组脆弱性