东非特有植物非洲接骨木(Sambucus africana)的种群动态与进化历史：基于完整质体基因组和生态位分析的证据

本研究针对东非特有药用植物非洲接骨木(Sambucus africana Standl.)的进化关系与种群动态展开深入探索。研究人员整合叶绿体全基因组(cp)、环境变量和地理分布数据集，首次揭示了该物种的质体基因组结构特征（含129个功能基因）及种内变异模式。通过系统发育分析证实了接骨木属(Sambucus)的单系性，其分化可追溯至晚白垩纪(80.89 Mya)，祖先重建表明该属可能起源于亚洲。结合物种分布模型(SDM)预测发现，在高排放情景(SSP585)下，乌干达埃尔贡山西部、肯尼亚中部及恩戈罗保护区西南部的适宜生境将显著缩减。研究为理解山地特有植物的适应性进化提供了新见解，并为该药用植物的保护单元划定提供了科学依据。

　　

在生物多样性热点地区东非高原，生长着一种具有重要药用价值的特有植物——非洲接骨木(Sambucus africana Standl.)。作为接骨木属中少数适应高海拔环境的草本植物，它不仅是当地传统医药的重要资源，更是研究山地植物适应性进化的理想模型。然而，长期以来，人们对这个神秘物种的基因组特征、种群遗传结构以及气候变化下的生存前景知之甚少。随着全球气候变暖加剧，海拔梯度上的物种分布正经历前所未有的改变，揭示这类特有植物的进化历史和适应机制变得尤为迫切。

为了填补这一知识空白，中国科学院武汉植物园的研究团队开展了一项跨学科研究。通过整合基因组学、生物地理学和生态模拟等多重手段，首次绘制了非洲接骨木完整的进化图谱。这项发表在《Global Ecology and Conservation》的研究，不仅揭示了该物种独特的遗传特征，还预测了其在未来气候场景下的命运轨迹。

研究人员采用了多种前沿技术方法：从东非三个地理区域（肯尼亚、乌干达和坦桑尼亚）采集14个野生种群样本，使用Illumina平台进行叶绿体全基因组测序；通过CPGAVAS2在线软件进行基因组注释；利用最大熵模型(MaxEnt)模拟当前和未来气候情景下的物种分布；采用BEAST软件进行分子钟分析估算分化时间；运用RASP软件进行祖先区域重建。

研究结果部分呈现了丰富发现：

1. 质体基因组结构变异：非洲接骨木叶绿体基因组呈现典型的四分体结构，长度在158,432-159,431 bp之间变异。所有个体均含有129个功能基因，包括88个蛋白编码基因、33个tRNA和8个rRNA。特别值得注意的是ycf1基因在IR边界区域的假基因化现象，这可能是接骨木属进化的关键特征。

2. 比较基因组学特征：通过SSR分析和重复序列检测，发现34-40个长重复结构，其中回文重复占比最高。单核苷酸重复(如T重复)在LSC区域富集，这些变异位点为种群遗传研究提供了宝贵标记。

3. 高变区鉴定：滑动窗口分析识别出7个高变区间隔区(rps2_rpoC2等)和3个高变编码基因(petN等)，其中ndhG-ndhI和ycf1区域显示出最强的物种鉴别力，可作为接骨木属分类的分子条形码。

4. 系统发育关系：基于51个共享蛋白编码基因构建的ML树显示，非洲接骨木与欧亚大陆的S. ebulus构成姐妹群，支持将其划分为独立物种。nrDNA数据进一步揭示东西埃尔贡山种群间存在27个突变步数的遗传分化。

5. 分化时间估算：分子钟分析表明，接骨木属与近缘属Adoxa的分化发生在始新世(38.83 Mya)，而非洲接骨木与S. ebulus的分化仅约0.32 Mya，暗示其可能是更新世气候波动的产物。

6. 生物地理模式：祖先重建支持"亚洲起源假说"，显示非洲接骨木可能通过长距离扩散从亚洲祖先种群分化而来，这与接骨木属"东西两条散布路线"的理论相符。

7. 生态位模拟：MaxEnt模型显示当前适宜生境约4.70×10⁴
   km²
   ，主要分布在埃尔贡山、肯尼亚山等高地。到2090年，SSP585情景下适宜区将缩减44.6%，特别是乌干达西部埃尔贡山区域损失显著。

这项研究的科学价值体现在多个维度：首次完成的非洲接骨木质体基因组为接骨木属系统学研究提供了新基准；揭示的种内变异模式为理解山地植物微进化提供了案例；RNA编辑分析发现的psbE等基因正选择信号，暗示了光合适应在高海拔环境中的关键作用。特别重要的是，生态位预测结果直接指导保护实践——建议将乌干达东西埃尔贡山种群划分为独立保护单元，这对维持该物种的进化潜力至关重要。

从更广阔的视角看，这项研究建立了从基因组变异到生态适应的完整认知链条，为理解东非山地生物多样性形成机制提供了新见解。随着气候变化加剧，这类整合基因组学与保护生物学的研究范式，将为全球生物多样性热点地区的保护决策提供有力支撑。非洲接骨木作为药用植物和生态系统关键种的双重身份，其保护不仅关乎一个物种的存续，更关系到整个山地生态网络的稳定性。