梁子湖国家站揭示中国川蔓草从海洋祖先向半咸水生境特化的演化历程

　　

　　近日，植物学权威期刊《新植物学家》（New Phytologist）发表了武汉大学生命科学学院、梁子湖国家野外站研究团队联合多家科研单位的最新研究成果，论文题为“The evolutionary history of brackish specialization from marine ancestry in the seagrass Ruppia sinensis”。该研究整合基因组学、盐度生理实验和群体遗传分析，揭示了中国川蔓草从海洋祖先向半咸水生境特化的演化历程，并提出内陆盐湖是保存其遗传多样性的重要避难所。武汉大学生命科学学院已毕业博士生邹阳为论文第一作者，武汉大学梁子湖国家站站长徐新伟教授为论文最后通讯作者，华东师范大学陈小勇教授和四川大学孙朋川副教授为共同通讯作者。武汉大学生命科学学院为最后通讯作者单位。

　　海草是重新适应海洋生活的被子植物，在维持海岸生态系统功能和碳储存方面发挥重要作用。与多数局限于海洋环境的海草不同，中国川蔓草（Ruppia sinensis）既分布于我国沿海半咸水潟湖，也生长在青海湖等内陆盐水水体，甚至出现在塔克拉玛干沙漠腹地。这一跨越沿海与内陆的分布格局提出了一个问题：具有海洋演化背景的植物，如何进入并适应内陆盐水环境？

　　针对这一问题，研究团队构建了中国川蔓草染色体水平参考基因组，结合系统发育基因组学分析，确认其属于核心海草PRC类群，并识别出川蔓草科谱系特异的全基因组复制事件。祖先核型重建进一步揭示了近缘海草谱系不同的染色体演化路径，为理解其生境转变提供了基因组背景。

中国川蔓藻的系统发育位置与全基因组复制历史

　　盐度实验发现，“源于海洋”并不意味着仍能耐受典型海水。中国川蔓草种子在35‰盐度下不能萌发，转回15‰半咸水后，7天内萌发率恢复至84.8%；半咸水培养的幼苗转入海水后，28天内全部死亡，而持续生长于半咸水条件下的植株能够完成生活史。这些结果支持中国川蔓草已特化于半咸水生境，其生境转变伴随着海水耐受能力的丧失。

　　研究团队进一步分析了来自19个沿海与内陆种群的103个个体的全基因组重测序数据。结果显示，沿海与内陆谱系约在2.5万年前分化，且具有不同的种群历史与遗传特征。内陆种群保留的遗传多样性接近沿海种群的两倍；沿海种群则经历了更明显的有效种群大小下降，并积累了更高的遗传负荷，即潜在有害遗传变异的负担。

　　结合种群历史重建与古环境资料，研究提出，末次冰期以来的海平面波动反复改变沿海生境，可能造成沿海种群迁移、收缩及遗传多样性流失。相比之下，内陆盐湖为种群持续生存提供了相对稳定的避难所。研究同时提出水鸟介导远距离传播的概念模型，为中国川蔓草跨越地理屏障、逐步定殖内陆盐水水体提供了可能的解释。

水鸟介导中国川蔓草向内陆远距离传播的概念模型

　　该研究表明，中国川蔓草从海洋背景向半咸水环境的转变，伴随生态适应能力的取舍，而非简单地被动追随生境变化。研究将物种的生境特化与种群历史、遗传多样性及遗传负荷联系起来，为理解海草谱系的生态转变提供了新证据。面对气候变化与水生生境退化，遗传多样性较高的内陆种群值得优先关注，其栖息盐湖也应纳入保护与恢复规划。

　　研究工作得到武汉大学于丹教授团队的大力支持。该研究得到科技部科技基础性工作专项的资助。

　　原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.71740