种质资源库研究团队揭示河岸植物的适应与分化新机制
扩散（Dispersal）是物种应对气候变化、实现分布区迁移与拓殖的过程，物种依靠分布区迁移、开拓新生境，追随适配的气候条件、规避极端胁迫环境，从而实现种群延续。当下全球气候变暖速率不断攀升，物种能否通过扩散完成新生境定殖，不仅直接决定种群存续与否，更是学界模拟物种分布变迁、定量评估物种灭绝风险的科学基础。然而，扩散个体能否成功建立可存续种群，往往受新生境生态位不匹配效应的制约。现有研究在支撑相关理论的分子证据仍十分匮乏，导致难以解析生态位不匹配限制定殖成效的内在机制，也直接影响到气候变迁驱动下物种地理分布格局重塑的预测。
河岸生态系统受地形、水文与气候梯度强烈塑造，是检验生态位过滤效应的理想体系。水麻（Debregeasia orientalis C.J. Chen）作为西南山地生物多样性热点地区的河岸带特征种，具备鸟类、风力、水力等多重扩散途径，为解析 “扩散–生态位过滤–基因组分化” 的耦合机制提供了理想的研究对象（图1）。
近日，中国科学院昆明植物研究所中国西南野生生物种质资源库刘杰、李德铢（现山东农业大学）研究团队联合国内外多家高校与研究机构，在Journal of Integrative Plant Biology (JIPB)在线发表题为Climate-driven niche filtering limits post-dispersal establishment and genomic introgression in a riverine shrub的研究论文。该研究以水麻为研究模式，整合生物地理学、宏观生态学与群体基因组学证据，系统解析了气候驱动的生态位过滤如何约束扩散后定殖、基因组分化与局部适应，并评估了不同谱系在未来气候变化情景下的脆弱性。
图1 水麻的形态、生境及地理分布
该研究基于染色体水平参考基因组和332个个体的全基因组重测序数据，通过群体基因组学分析明确鉴定出三个遗传分化显著的水麻谱系，其中两个于末次冰期早期分化、一个为近期杂交起源，即便存在历史与当代的基因流，谱系间仍保持明确的遗传隔离；研究进一步发现，三个谱系存在显著生态位分化，基因组中检测到与缺氧耐受、温度适应及人为干扰响应相关的选择清除信号，证实了局部适应的遗传基础，而气候驱动的生态位过滤是制约谱系融合、维持遗传结构的核心因素；即便水麻拥有高效扩散能力，跨谱系的基因交流与定殖仍受生态位严格约束，生态位匹配度直接决定扩散后的定殖成功率，从基因组层面验证了生态位过滤的关键作用；基因组偏移预测则表明，不同谱系对未来气候变化存在不对称适应劣势，部分谱系面临更高的不适应风险（图2）。
图2 水麻的种群历史、基因流、生态位分化及环境分异
该研究建立了 “扩散后生态过滤—长期基因组分化” 的整合研究框架，在河岸带植物中深入解析了气候驱动的生态位过滤是维持物种遗传边界、塑造历史分化与当代适应力的核心因子（图3）。研究结果不仅深化了对物种分布动态与谱系分化机制的认知，更为气候变化背景下河岸带生态系统保护、野生种质资源管理提供了理论支撑，也为河岸带植物谱系特异性保护策略的制定提供了重要科学依据。
图3 水麻的演化历史和适应机制
该研究由中国科学院昆明植物研究所牵头，联合山东农业大学、中国科学院西双版纳热带植物园，加拿大多伦多大学，英国南安普顿大学、爱丁堡大学和皇家植物园邱园等单位合作完成。中国科学院昆明植物研究所吴增源研究员为第一作者，刘杰研究员、Marc W. Cadotte教授和李德铢教授为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金、国家留学基金委公派留学项目、中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。