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占據全球熱帶海岸的紅樹植物物種數(shù)量為何這么少
作者：朱漢斌 來源：中國科學報
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紅樹植物的27次獨立起源事件。課題組 供圖
近日，中山大學生命科學學院施蘇華/何子文課題組利用大規(guī)�；�因組數(shù)據，探究紅樹植物的起源、進化及其對全球變化的響應。相關研究發(fā)表于《自然—生態(tài)與演化》（Nature Ecology & Evolution）。該研究首次以一個同資源種團為研究對象開展的大規(guī)�；�因組學研究，為生態(tài)與進化基因組學開辟了新的研究范式。
據了解，該成果是施蘇華/何子文課題組繼2018年發(fā)現(xiàn)紅樹植株死亡率與其遺傳多樣性呈顯著負相關，2019年提出可解釋生物多樣性熱點形成機制的全新物種形成模型，2020年發(fā)現(xiàn)紅樹植物趨同進化的基因組機制之后，在紅樹植物生態(tài)與進化研究領域的又一重要研究成果。
作為生長在熱帶亞熱帶海岸潮間帶的木本植物類群，70余種紅樹植物分布在被子植物生命樹的不同支系，但在生態(tài)系統(tǒng)中占據同一功能地位，屬于同資源種團。經過千百萬年進化，紅樹植物逐步適應高鹽、潮汐、高溫、缺氧等一系列極端環(huán)境，在防風固沙、侵蝕防治等方面發(fā)揮了重要的生態(tài)功能，被譽為海岸衛(wèi)士。由于其特殊的生長環(huán)境和地理分布，紅樹植物容易受到全球氣候變化，尤其是海平面變化的影響。因此，它們是開展生態(tài)與進化研究的理想對象。
研究人員通過最新的第三代測序技術從頭測序組裝了四十余種紅樹及近緣陸生植物的高質量基因組，結合已發(fā)表的其他序列，重建了涵蓋所有現(xiàn)存紅樹物種的系統(tǒng)發(fā)育關系。系統(tǒng)發(fā)育基因組的分析結果表明紅樹的起源時間并不局限于以往認識的少數(shù)幾個時間窗口，而是在數(shù)千萬年里陸續(xù)發(fā)生了27次獨立起源事件。進一步分析發(fā)現(xiàn)紅樹與其它陸生植物相比，其物種增長速率要小得多。這暗示了紅樹物種在潮間帶極端環(huán)境中的脆弱性，在歷史上可能經歷過多次物種滅絕事件。目前發(fā)現(xiàn)的幾個紅樹滅絕種的化石支持這一假說。
為了進一步驗證紅樹植物在全球氣候變化下是否足夠強健，研究人員對現(xiàn)存紅樹物種的歷史群體大小動態(tài)變化分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)紅樹物種在海平面快速變化時期發(fā)生了種群規(guī)模急劇減少和破碎分化。這說明雖然紅樹植物具有一定程度的潮間帶環(huán)境適應性，但在面對氣候快速變化過程中仍具有相當?shù)拇嗳跣裕瑢е虏糠旨t樹物種在歷史上發(fā)生滅絕。在如今全球氣候變暖、海平面上升和人類活動日益增加的多重沖擊下，紅樹林生態(tài)系統(tǒng)正面臨著更嚴重的威脅，熱帶海岸生態(tài)系統(tǒng)可能會出現(xiàn)不可逆轉的生物多樣性減少。
該研究通過大規(guī)模系統(tǒng)發(fā)育基因組學數(shù)據分析，厘清了紅樹植物的27次獨立起源，解析了紅樹適應性進化過程以及其對全球氣候變化的響應，解釋了“占據全球熱帶海岸的紅樹植物物種數(shù)量為什么這么少？”這一謎團，為應對全球氣候變化、保護海岸帶生態(tài)系統(tǒng)提供理論依據。
相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41559-022-01744-9