基于全基因组 SNP 与代谢组学的斯瓦尔巴群岛北极仙女木区域种群分化研究

《BMC Ecology and Evolution》：Genetic and metabolomic differentiation of Dryas octopetala in Svalbard: genome-wide SNP evidence and region-specific marker development

　　**摘要****背景***Dryas octopetala*（八瓣女贞/北极仙女木）是斯瓦尔巴群岛的主要苔原物种，是研究极端环境条件下种群分化的合适模式植物。尽管早期的扩增片段长度多态性和简单重复序列研究提供了基线信息，但斯瓦尔巴群岛种群内的基因组和代谢组结构尚未得到全面表征。因此，本研究旨在利用全基因组单核苷酸多态性（SNP）基因分型，调查斯瓦尔巴群岛七个地点的*D. octopetala*种群的遗传结构。**结果**对33个个体的基因分型测序获得了33,010个高质量SNP，揭示了七个地点之间中等但显著的种群分化（Φ_ST = 0.154，*p* = 0.0001），其中84.6%的总遗传变异发生在种群内部。ADMIXTURE分析识别出两个主要区域簇，将朗伊尔城和Ny-?lesund（新奥斯陆）区分开来。主成分分析和主成分判别分析同样区分了来自这两个区域的个体，证实了区域级遗传结构的一致性。随后，从150个多态性SNP中开发了13个基于聚合酶链反应（PCR）的SNP标记，这些标记表现出稳定的扩增效果，并可靠地再现了区域遗传模式，在Ny-?lesund种群中表现出较高的等位基因丰富度和杂合度。利用气相色谱-质谱和液相色谱-质谱进行的代谢组学分析检测出1,466个峰，其中33种代谢物在区域间存在显著差异。正交偏最小二乘-判别分析清晰地将朗伊尔城和Ny-?lesund的样本分离开来，腺苷相关代谢物和半乳糖相关代谢物等化合物对这种区分做出了贡献。Mantel和Procrustes分析揭示了基因组距离矩阵与代谢组距离矩阵之间存在显著相关性。**结论**本研究提供了*D. octopetala*在斯瓦尔巴群岛区域分化的整合基因组和代谢组学证据，并证明新开发的基于PCR的SNP标记能够有效区分区域种群，同时反映全基因组水平的种群分化模式。遗传模式与代谢组模式的一致性突显了多组学方法在表征北极植物区域种群分化及关联功能变异中的价值。