南极土壤线虫(Scottnema lindsayae)的遗传结构揭示末次盛冰期气候扰动对麦克默多干谷生物地理格局的塑造

这篇研究通过分析南极麦克默多干谷(MDVs)土壤线虫(Scottnema lindsayae)的线粒体COI基因序列，揭示了末次盛冰期(LGM)气候扰动对土壤无脊椎动物种群遗传结构的深远影响。研究发现地理屏障（如冰川）和LGM期间的冰川进退事件共同塑造了当代种群分化模式：未受干扰的避难所山谷保留了独特的单倍型，而受冰川影响的泰勒、米尔斯和加伍德山谷则表现出基因流增强特征。该研究为理解南极陆地生态系统对历史气候事件的响应机制提供了关键案例。

　　

1 引言
南极极端环境中的土壤线虫Scottnema lindsayae作为生态系统哨兵物种，其分布与演化轨迹深受历史气候事件影响。末次盛冰期(LGM, 20-10 kya)的冰川进退与古湖淹没事件，通过改变麦克默多干谷(MDVs, 78°S, 162°E)的地貌和生态条件，为研究气候扰动对非迁移性土壤生物的遗传结构影响提供了理想模型。该物种在盐度>700 mS/cm、土壤湿度<5%的高海拔生境中占据生态主导地位，其碳循环功能使其成为解读南极陆地生态系统响应气候变化的生物指示器。

2 材料与方法
研究团队在1996-2022年间采集MDVs 8个山谷系统的26个位点土壤样本，通过糖离心法提取线虫并测定土壤湿度、pH和电导率(EC)。对838个体中的249个成功扩增284 bp的COI片段，采用MAFT比对和ARLEQUIN分析种群遗传参数。贝叶斯天际线图(BSP)以4.7×10^-8替换/位点/年的线粒体进化速率重建种群历史，并利用广义线性模型评估海拔、土壤湿度等环境因子对遗传多样性的影响。

3 结果
3.1 遗传多样性
55个单倍型中70%为位点特有，未受LGM干扰的比肯谷等地保留最高遗传分化(F_ST≤0.996)。核糖体LSU序列保守性支持其为单一物种，但COI基因7.4%的遗传距离暗示可能存在隐存分化。

3.2 谱系地理格局
单倍型网络显示两大集群：受干扰山谷共享高频单倍型(如单倍型6)，而避难所山谷(如维多利亚谷)保留独特单倍型(如单倍型24)。分子方差分析(AMOVA)表明41.56%的遗传变异来自山谷间分化。

3.3 种群历史
BSP显示泰勒谷等受干扰区域呈现LGM后种群扩张，而避难所山谷如阿莱特纳谷则保持稳定或衰退，印证冰川进退对种群规模的调控作用。

3.4 环境驱动
海拔与土壤湿度交互作用显著：低海拔湿润区遗传分化降低(?=-0.590)，而高海拔避难所的单倍型多样性随海拔升高增加(?=7.82×10^-4)，反映风媒扩散在谷底的主导作用。

4 讨论
4.1 谱系结构与分类启示
20km间隔的山谷间即产生显著遗传分化，证实MDVs东西向山脉的强隔离效应。COI的高分歧度虽未达种间阈值，但暗示长期地理隔离可能导致生态型分化。

4.2 时空分化模式
罗斯海冰进(LGM)可能通过连接山谷的冰盖促进被动扩散，解释泰勒-米尔斯-加伍德集群的基因流特征。避难所山谷如比肯谷上部的古老单倍型则记录着更新世以来的连续栖息历史。

4.3 气候扰动遗产
冰川退缩遗留的裸露土壤成为"进化熔炉"，使受干扰区丧失特有单倍型但获得扩散优势，这种权衡机制为预测当代气候变暖下的生物响应提供范式。

4.4 环境约束机制
土壤湿度通过调节风媒扩散效率(>5%湿度增强个体迁移)，而海拔则通过habitat filtering作用(>1000m仅耐受型存活)共同塑造遗传格局，这种"生态-进化"反馈对极地生物监测具有启示意义。

5 结论
研究揭示LGM气候扰动通过三重机制塑造南极土壤线虫进化轨迹：地理隔离维持避难所遗传独特性，冰川退缩创造迁移廊道，当代生态梯度筛选适应性变异。这些发现为极地生物多样性保护提供了时空维度的决策框架。