生物多樣性快速衰減受到全球的高度關注。亞洲熱帶雨林具有極高的生物多樣性，是生物多樣性保護的重點。高大壯觀的龍腦香亞科植物以其巨大的體型著稱（可高達100米，如望天樹）（圖1），是亞洲熱帶雨林的單一優勢類群，支撐起亞洲熱帶雨林。然而，目前四分之三的龍腦香亞科物種面臨絕滅風險，被列入IUCN紅色名錄。它們是如何適應熱帶環境成為優勢物種，如今卻又淪為瀕危物種的呢？這成為國際上高度關心的科學問題。
圖1. 亞洲熱帶雨林冠層圖（陳輝拍攝于中國云南）
華東師范大學生態與環境科學學院陳小勇團隊與國內外研究者合作，聚焦于龍腦香亞科植物，通過高質量參考基因組組裝和種群基因組學分析，首次在基因組水平上揭示了這些植物適應熱帶雨林環境的分子基礎及瀕危原因，為這類物種的保護和恢復提供了科學依據。該研究成果以Dipterocarpoidae genomics reveal their demography and adaptations to Asian rainforests為題，于2024年2月23日發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。
Nature Communications刊發華東師大生態與環境科學學院陳小勇團隊聯合研究成果
該研究對包括2個同源四倍體物種（坡壘與無翼坡壘）在內的7個龍腦香物種進行全基因組測序，將基因組組裝至染色體水平。在此基礎上結合已發表基因組分析龍腦香亞科的系統發育關系，龍腦香科植物與錦葵科的分化時間約為1.08億年前（圖2），分化后龍腦香亞科經歷了一次全基因組復制事件，而坡壘和無翼坡壘又各自經歷了一次全基因組復制。
圖2. 龍腦香亞科系統發育關系樹
通過與溫帶樹種比較，發現多個與環境適應相關的正選擇基因，它們主要與DNA修復、異常mRNA降解、抗氧化等功能有關，有助于龍腦香物種在強烈紫外線、高溫、頻繁出現水分脅迫的熱帶環境中生存。同時，也發現龍腦香物種具有1個特有的抗病蛋白基因家族，可能與適應當地病原體有關。
更為重要的是，通過采集坡壘與無翼坡壘樣本進行種群基因組分析，發現這2個物種的有效種群大小從約2000年前開始急劇下降，在如此短的時間內下降了至少3個數量級（圖3）。這一結果表明人類干擾是導致龍腦香物種瀕危的主要原因。因此，保護這類物種的關鍵是限制采伐、避免土地利用變化等。令人欣慰的是，相較于其他瀕危植物，目前這2個物種基因組中積累的有害等位基因較少（圖4），有利于這些物種的恢復。
圖3. 坡壘與無翼坡壘種群歷史動態
圖4. 坡壘與無翼坡壘有害突變積累
這項研究由華東師范大學聯合國內外12家單位30位學者共同完成。華東師范大學生態與環境科學學院王嶸、劉超男、姜玉婷以及英國哈珀亞當斯大學Simon T. Segar、諾禾致源張凱健為第一作者，華東師范大學王嶸、陳小勇以及廈門大學張原野為通訊作者。合作者還包括上海辰山植物園、西雙版納熱帶植物園、西北工業大學、英國利茲大學、北京林業大學、廣西植物研究所、海南大學、中國林業科學研究院等單位的學者。
本研究得到重點研發項目、國家自然科學基金以及華東師范大學生態+、英國哈珀亞當斯大學、上海市高峰學科的資助。
附：
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45836-5
來源｜生態與環境科學學院、科技處 編輯｜沈韻婷 編審｜郭文君
