基因组解析揭示黄杞属植物对东亚夏季风适应的分子机制及其生态保护意义

本研究通过基因组测序和比较基因组学分析，揭示了黄杞属(Engelhardia)常绿树种适应东亚夏季风(EASM)的分子机制。研究发现，常绿与落叶物种的分化与EASM的增强密切相关，其中E. fenzelii通过萜烯合成酶(TPS)基因家族扩张增强防御能力，转座子(TE)差异活动导致基因组大小变异，种群历史分析显示人类干扰加剧了物种衰退。该研究为理解亚热带常绿阔叶林(EBLFs)的适应性进化提供了新视角。

　　

在东亚独特的季风气候背景下，亚热带常绿阔叶林(EBLFs)作为新生代植物的直接后裔，承载着极高的生物多样性和特有性。然而，这类森林的起源、演化及其对东亚夏季风(EASM)的适应性机制仍是未解之谜。黄杞属(Engelhardia)植物作为EBLFs的典型代表，其常绿与落叶物种的分化历史与EASM的演变高度吻合，为破解这一科学难题提供了理想模型。

中国科学院西双版纳热带植物园的研究团队通过对黄杞属5个近缘种及外类群Rhoiptelea chiliantha的染色体级别基因组组装，结合比较基因组学和群体遗传学分析，揭示了EBLFs适应EASM的分子机制。研究采用PacBio HiFi长读长测序、Hi-C染色体构象捕获和Illumina短读长校正技术，构建了414.56-985.85 Mb的高质量基因组；通过OrthoFinder进行基因家族聚类，利用PSMC模型推断种群历史动态，并采用DupGen_finder解析基因复制模式。

研究结果首先揭示了基因组结构特征：常绿物种E. roxburghiana和E. fenzelii的基因组大小(985.85 Mb和940.40 Mb)显著大于落叶物种(730.68-772.59 Mb)，这种差异主要源于DNA转座子(特别是CMC-EnSpm超家族)的差异积累，而非全基因组复制(WGD)事件。基因家族进化分析显示，常绿物种特有3538-3344个扩张基因家族，显著富集于非生物胁迫响应和膜运输通路；而落叶物种的扩张基因则与信号转导和生长素响应相关。

特别值得注意的是，E. fenzelii通过四种基因复制模式(分散复制DSD占47.46%)显著扩张了TPS基因家族(50个成员)，其编码的萜烯合成酶能增强对湿润环境中持续生物胁迫的防御能力。种群历史分析表明，所有黄杞属物种在更新世中期达到种群峰值后持续衰退，结合378个历史分布点的验证显示，约46%的原始生境已因人类活动丧失。

该研究首次从基因组层面阐明了EBLFs对季风气候的适应性进化机制：EASM驱动的环境选择通过塑造TE活动格局和特定基因家族(如TPS)的扩张，促进了黄杞属生态策略的分化。常绿物种在持续湿润环境中发展出以化学防御和胁迫耐受为核心的适应策略，而落叶物种则偏向于季节性生长的调控能力。这些发现不仅为理解季风区生物多样性形成提供了新范式，也为EBLFs的保护规划提供了科学依据——研究建议在亚热带中国建立生态廊道，以缓解气候变化和人类活动的双重压力。论文发表于《Phyton-International Journal of Experimental Botany》，为全球变化生物学研究提供了重要案例。