青藏高原特有灌木砂生槐的群体基因组学研究揭示高海拔适应遗传机制与保护策略

本研究针对青藏高原关键灌木物种砂生槐(Sophora moorcroftiana)面临的严重退化问题，通过群体基因组学方法分析了15个种群225个样本的遗传变异模式。研究人员采用基因分型测序(GBS)技术，揭示了该物种受地理隔离(IBD)主导的四亚群遗传结构，发现海拔梯度上存在从低向高的基因流趋势，并通过基因型-环境关联分析(GEA)鉴定出55个与温度、降水相关的适应性SNPs，包括BSK8、CAS1等关键基因。该研究为高原植物适应性进化提供了新见解，并为制定保护策略奠定了理论基础。

　　

在青藏高原的极端环境中，一种名为砂生槐(Sophora moorcroftiana)的灌木扮演着关键角色。这种植物不仅是高原生态系统的"基石物种"，还具有重要的药用和经济价值——其含有的生物碱具有抗菌、抗肿瘤等活性，更是当地牧民重要的饲料和燃料来源。然而，由于过度开发和栖息地退化，砂生槐的自然资源正面临严重威胁。更令人担忧的是，科学家们对这种植物如何适应高原极端环境的遗传机制知之甚少，这严重制约了有效保护策略的制定。

中国林业科学研究院林业研究所的研究人员开展了一项开创性研究，他们采用群体基因组学方法，对采自雅鲁藏布江流域15个种群的225株砂生槐样本进行了深入分析。这项发表在《BMC Plant Biology》上的研究，首次系统揭示了砂生槐的遗传变异模式、种群历史动态和高海拔适应机制。

研究人员主要运用了基因分型测序(GBS)技术获取全基因组SNP标记，通过群体结构分析、系统发育重建和主成分分析(PCA)解析遗传结构；利用SMC++模型推断种群历史动态；采用D-statistic和Treemix分析基因流方向；结合19项环境因子进行基因型-环境关联分析(GEA)鉴定适应性位点。

种群遗传结构与多样性
研究发现了四个明显分化的亚群：位于尼洋河上游的P1(工布江达县)、低海拔林芝地区的P2、中海拔山南-拉萨地区的P3和高海拔日喀则地区的P4。其中P1遗传分化程度最高(平均F_st=0.2477)，遗传多样性最低(π=1.1×10^-4)，有效种群规模最小；而中海拔P3表现出最高的遗传多样性(π=1.6×10^-4)和最大的有效种群规模。连锁不平衡(LD)分析显示P1的遗传衰减最慢，进一步证实其遗传多样性最低。

基因流与种群历史
基因流分析揭示了一个有趣模式：基因流动主要从低海拔向高海拔种群进行。种群历史重建表明，各亚群在约30万年前经历严重瓶颈，随后在间冰期扩张。特别是约1万年前末次盛冰期时，所有种群都经历了规模锐减。这种动态与青藏高原隆升和第四纪气候波动密切相关。

地理隔离与环境适应
偏曼特尔检验显示，砂生槐种群遗传变异分布更多受地理隔离(IBD)影响(r=0.6795)，但环境隔离(IBE)也有贡献。通过GEA分析，研究人员鉴定出90个与环境因子显著相关的SNPs，其中55个位于基因区段。这些SNPs主要与最热月最高温度(Bio5)和最冷月最低温度(Bio6)相关，涉及BSK8(丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶)、CAS1(甾醇合成关键酶)等20个基因，这些基因可能通过调控植物防御、发育和胁迫响应等途径帮助砂生槐适应高原环境。

这项研究不仅阐明了砂生槐应对高原极端环境的遗传基础，还为这一濒危物种的保护提供了科学依据。特别是对遗传多样性极低的工布江达种群(P1)和低海拔林芝种群(P2)，研究建议实施就地保护；而对遗传多样性较高的中高海拔种群(P3、P4)，则可考虑作为种质资源加以利用。研究揭示的"低向高"基因流模式，对理解植物沿海拔梯度的适应性进化具有重要启示意义。此外，鉴定出的适应性基因为后续研究高原植物适应机制提供了重要靶点，也为作物抗逆育种提供了潜在基因资源。