遗传学家进一步了解植物群落如何适应气候变化

　　

   

   

图片:这张地图显示了由美国国家科学基金会资助的PopUp杨树伙伴关系中的18个树木园和大学的位置。这项大型实验由宾夕法尼亚州立大学、弗吉尼亚理工大学、佛蒙特大学和马里兰大学牵头。农业科学学院Schatz树木分子遗传学中心主任、首席研究员Jill Hamilton在插图中显示。

资料来源:吉尔·汉密尔顿/宾夕法尼亚州立大学

一个世纪前，科学家们首次注意到环境对植物种群适应差异的进化有影响。现在，科学家们即将弄清楚这种适应是如何发生的——通过将大型“普通花园”实验的结果与基因组测序相结合。

这是宾州州立大学分子遗传学家吉尔·汉密尔顿(Jill Hamilton)的观点，她是一项名为PopUp poplars的全国性气候适应和杂交研究的带头人。这项由18棵树木树和大学组成的合作项目，由美国国家科学基金会在五年内出资250万美元，由宾夕法尼亚州立大学、弗吉尼亚理工大学、佛蒙特大学和马里兰大学牵头。

农业科学学院Schatz树木分子遗传学中心主任汉密尔顿解释说，这项研究的目的是研究黑毛杨(Populus trichocarpa)和香脂杨(Populus balsamifera)在自然杂交区之间的适应性变化。

汉密尔顿解释说，这项研究将探索杂交在适应气候方面的重要作用，目的是通过了解基因组祖先、基因组变异和环境变异如何相互作用，产生对森林树木适合度重要的性状，从而预测对不断变化的气候条件的适应。

“本地适应的遗传基础已经在较小的、相互移植的实验中进行了研究，但现在我们正在将全基因组序列数据与在多年生柳枝稷和杨树等模型系统中进行的大规模公共花园实验网络进行配对，”她补充说，其中一个常见的杨树花园实验位于宾夕法尼亚州立大学的植物园。

汉密尔顿最近在《植物生物学当代观点》杂志上发表了一篇关于植物适应性研究进展的文章，引用了历史背景。

她写道:“在瑞典进化植物学家Gote Turesson第一次清楚地描述了物种内部的局部适应性变化是如何分布的一百年后，今天科学家们在理解从本地种群到大陆规模的适应机制方面即将取得重大突破。”

汉密尔顿是生态系统科学与管理系的伊伯森造林研究主席，他指出，杜尔松的工作与当时的大多数研究人员形成了鲜明的对比，他们认为物种内部的差异反映了后天特征。她指出，Turreson的结论是，植物种群的分化在很大程度上是由自然选择驱动的，这是由当地适应植物种群的进化导致的。

汉密尔顿说:“他在适应方面的工作使他在1922年创造了‘生态型’这个词，这个词描述的是一个物种在基因上独特的地理多样性，这种多样性在基因上适应了特定的环境条件。”典型地，生态型能够与其他地理上邻近的生态型杂交而不丧失生育能力或活力。因此，100年后，将现代基因组方法与传统的林业种源试验配对，这就是我们在PopUp杨树项目中正在进行的测试。”

为了开展这项研究，由汉密尔顿领导的研究人员在2020年冬天收集了美国西北部和加拿大南部的杨树扦插样本，汉密尔顿当时在北达科他州立大学工作。他们把这些树苗运到弗吉尼亚理工大学，在那里，它们被切割成一个活的杨树苗库，以便将来在北美各地销售。

“在弗吉尼亚理工大学，他们的温室里种满了杨树苗，”她说。“当它们长到足够大，我们可以指望它们在野外生存时，我们把100个克隆体送到我们在美国各地18个常见的花园地点，在那里种植它们。现在，我们将让他们成长多年，并评估哪些公司表现最好。”

在宾夕法尼亚州立大学，汉密尔顿打算让研究生和本科生参与PopUp杨树项目，利用遗传和环境变异来预测树木在复杂环境中的健康状况。学生将学习树木的遗传学、进化、生态学和气候适应。