入侵植物黑莓(Rubus niveus)在加拉帕戈斯群岛的种群基因组学解析及其生物入侵机制研究

本研究针对加拉帕戈斯群岛最具威胁的外来入侵植物黑莓(R. niveus)，采用单酶切RAD-seq(sdRAD-seq)技术，首次揭示了其低遗传多样性(FST=0-0.086)和双重引入路径。通过375,765个SNP位点分析，发现该物种虽经历遗传瓶颈但仍快速扩张，为岛屿入侵物种管理提供了关键基因组学依据。

　　

在被誉为"生物进化活实验室"的加拉帕戈斯群岛，外来物种入侵正以惊人速度威胁着达尔文曾研究的独特生态系统。其中，原产东南亚的黑莓(Rubus niveus)已成为最危险的入侵植物，通过取代特有物种如Miconia robinsoniana和Scalesia pedunculata，导致群岛生物多样性急剧下降。尽管每年投入高达400美元/公顷的机械和化学防治费用，其扩张态势仍未得到有效控制。更令人困惑的是，这个成功入侵者似乎打破了"遗传多样性决定适应性"的常规认知——历史记录显示其可能通过少数几次引种就实现了快速扩张，这背后隐藏着怎样的基因组学奥秘？

为解开这一谜题，来自基多圣弗朗西斯科大学(Universidad San Francisco de Quito)植物生物技术实验室的研究团队开展了开创性的种群基因组学研究。他们采集了来自厄瓜多尔大陆北部、中部、南部以及加拉帕戈斯三个岛屿的120份黑莓样本，采用单酶切限制性位点相关DNA测序(single-digestion RAD-seq, sdRAD-seq)技术，获得包含375,765个单核苷酸多态性(SNP)位点的数据集。通过主成分分析(PCA)、群体结构分析(ADMIXTURE)和系统发育网络构建等方法，揭示了这一入侵物种的遗传特征和扩散路径，相关成果发表在《Global Ecology and Conservation》上。

关键技术方法包括：1)跨海拔梯度(758-3622米)的120份样本采集；2)sdRAD-seq文库构建与Illumina Novaseq6000测序；3)Stacks v2.62软件进行de novo位点组装；4)VCFtools过滤获得高质量SNP数据集；5)群体遗传多样性(π、Tajima's D等)和结构分析(F_ST、D_xy)；6)IQ-TREE构建系统发育树。

研究结果揭示：

"sdRAD-seq和数据质量"显示，经过质控最终保留77个样本的375,765个位点，有效SNP达387,027个，等位基因缺失率降低15%。

"遗传多样性"分析发现所有种群均呈现高基因型丰富度(MLG/eMLG=N)，但核苷酸多样性极低(π=7.23×10^-5-1.09×10^-4)，近交系数F_IS为-0.620至-0.851，Tajima's D均为负值，表明经历过近期种群扩张。

"群体结构分析"通过PCA(PC1=22%)和ADMIXTURE(K=2/3)清晰区分大陆与岛屿群体，F_ST值(0-0.086)显示大陆内部北/中部与南部分化，而岛屿间几乎无分化(D_xy=0.040-0.044)。

"系统发育分析"构建的单倍型网络显示，加拉帕戈斯样本聚为一簇，仅少数伊莎贝拉岛个体与大陆样本相近，支持至少两次独立引入事件。

这项研究首次从基因组层面证实：1)加拉帕戈斯黑莓存在双重引入路径，主要源自厄瓜多尔大陆北/中部(伊姆巴布拉和科托帕希省)；2)尽管经历严重遗传瓶颈(等位基因丰富度Ar=1.198-1.239)，该物种仍通过兼性无性生殖(facultative apomixis)实现快速扩张；3)岛屿种群表现出显著较低的连锁不平衡(Ia=4.620-9.326 vs 大陆20.485-34.408)，反映近期扩张特征。这些发现为理解"入侵遗传学悖论"提供了典型案例——即使遗传多样性有限，某些生物仍能通过特殊繁殖策略成功入侵。

从保护实践角度看，该研究为加拉帕戈斯国家公园的入侵植物管理提供了关键科学依据：1)确认引入源有助于加强边境检疫；2)低遗传多样性提示生物防治可能更易见效；3)快速扩张特征警示需优先控制新生入侵灶。正如作者强调，这项研究不仅揭示了黑莓入侵的基因组学机制，更开创了运用群体基因组学指导岛屿生态系统保护的新范式。