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本文通过整合 40 年遥感数据、博物馆基因组学和实地研究，以铁 wort（Sideritis）为研究对象，发现山地绿化与铁 wort 基因组侵蚀相关，揭示了全球环境变化对物种的影响，为保护山地生态系统生物多样性提供了重要依据。
研究背景
山脉是生物多样性热点地区，对人类社会有着重要意义。然而，全球环境变化正迅速改变其栖息地，在过去几十年，山地和亚高山地区气温上升和土地利用变化促使竞争植被生长和扩张，出现 “山地绿化” 趋势。虽然卫星观测已证实这一现象，但它对受影响物种的种群和基因组完整性的影响尚不清楚。同时，量化和监测物种遗传多样性的时间变化及其驱动因素面临诸多挑战，这阻碍了相关指标在自然保护中的应用。
研究方法
- 样本采集：研究聚焦于铁 wort（Sideritis），这是地中海地区山地草原植物区系的关键草本代表物种，具有重要药用价值。研究人员调查了欧洲的自然历史博物馆，确定了四种铁 wort 物种（S. scardica、S. raeseri、S. clandestina 和 S. euboea）的历史标本，这些标本采集于 1970 - 1980 年。之后，根据标本的采集地点，在 2020 - 2021 年对相应种群进行了实地采样，每个种群采集了等量的现代样本。
- 基因组测序与分析：开发了铁 wort 的参考基因组，对历史和现代样本进行基因组测序。通过一系列生物信息学软件对测序数据进行处理和分析，包括 Canu、pbmm2、gcpp、Purge Haplotigs 等，以评估基因组资源属性和种群结构。利用多维度缩放（MDS）分析种群结构，通过计算纯合片段（ROHs）来量化种群水平的基因组侵蚀。
- 植被绿化评估：利用谷歌地球引擎（Google Earth Engine），对 1984 - 2022 年期间的 Landsat 图像进行处理，计算归一化植被指数（NDVI），以此评估铁 wort 山地栖息地的植被绿化情况。通过一系列数据处理步骤，包括去除云层和云影、校正传感器差异等，最终得到每个研究区域的 NDVI 变化趋势。
研究结果
- 基因组资源和种群结构：铁 wort（S. scardica）的基因组大小经流式细胞术估计为 2C = 2.181 pg（±0.014），组装的基因组具有较高的完整性和连续性。对 124 个个体的基因组测序分析表明，不同山脉的铁 wort 种群形成了遗传隔离的群体，支持了当地适应生态型的观点。
- 种群水平的基因组侵蚀：通过比较历史和现代样本的 ROHs，发现大多数种群经历了基因组侵蚀。九个种群的近交增加，其中希腊北部的一个种群（Pangaio）平均 ROH 积累达到所利用基因组大小的 20%（ΔFmean = 0.2）。
- 植被绿化情况：在铁 wort 的大多数山地栖息地，超过 75% 的区域呈现出显著的绿化趋势（Sen’s 斜率 > 0，p <= 0.05），不同山脉的 NDVI 年增加幅度在 0.0022（Taygetos）到 0.0045（Pangaio）之间。
- 植被绿化与基因组侵蚀的关系：研究表明，植被绿化趋势与铁 wort 种群的基因组侵蚀密切相关。以 NDVI 变化幅度作为预测因子，通过简单线性回归发现，绿化趋势每增加 0.001 / 年（或 0.01 / 十年），在约 50 代内，平均 ROH 积累（ΔFmean）约为基因组大小的 8.5%（β = 84.4）。
研究讨论
- 山地植被绿化的影响：研究观察到铁 wort 栖息地在过去 40 年有显著的植被绿化现象，这主要是由于竞争木本植物（如 Juniperus、Pinus 和 Rhododendron 等）的密度增加和扩张。这些木本植物与草本植物竞争资源，导致铁 wort 种群数量下降和基因组侵蚀。
- 博物馆基因组学的作用：本研究利用博物馆标本建立了历史基线，评估了铁 wort 种群的时间基因组变化。这表明自然历史收藏对于研究种群水平的基因组多样性变化至关重要，为准确评估野生动物对全球环境变化的反应提供了有价值的基因组数据。
- 卫星监测的意义：研究发现卫星观测的植被变化与山地草原物种的时间基因组变化之间存在联系，这为监测生物多样性提供了新的方法。通过卫星数据预测遗传多样性的损失，有助于确定保护重点区域，为保护策略提供指导。
研究结论
本研究通过整合卫星观测数据、博物馆基因组学和实地研究，揭示了山地绿化对铁 wort 基因组的负面影响。研究结果表明，卫星观测可用于预测山地草原物种的基因组变化，为保护这些脆弱生态系统中的生物多样性提供了重要依据。未来需要在更多物种和生态系统中验证该方法，以更好地指导全球生物多样性保护工作。
