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Firs (Abies spp.) are keystone components of the boreal and temperate dark-coniferous forests and this genus harbors a number of relict taxa. Wei et al. (pages 2664–2682) reconstructed a transcriptomebased phylogeny and revealed the spatiotemporal evolution of global firs based on complete species sampling. Evolutionary and ecological analyses indicate that all extant firs underwent diversification in the Late Cenozoic, with the species richness distribution driven primarily by elevation and precipitation of the coldest quarter. Some morphological traits linked to elevational variation and cold tolerance may have contributed to the diversification of global firs. This work may inform forest management and species conservation in a warming world. The cover shows the dark blue cones of an alpine fir (Abies georgei var. smithii).![]()
气候变化严重威胁着森林生态系统，特别是北方和温带针叶林 (Pearce, 2022; Reich et al., 2022)。由于对冷凉环境的偏好，全球增暖将导致很多针叶树种的分布区破碎化或萎缩，加速一些珍稀濒危物种走向灭绝。冷杉属是松科的第二大属，包含47个物种 (Farjon, 2017)，广泛分布于北半球山地和高纬度地区，是暗针叶林的主要组成部分之一。该属包含很多濒危物种，其中有4种被IUCN评为极危 (CR)，7种被评为濒危 (EN)。百山祖冷杉、元宝山冷杉、资源冷杉和梵净山冷杉被列为我国一级重点保护野生植物。然而，冷杉属的物种进化关系和地理分布格局的成因一直存在很大争议 (Semerikova et al., 2018; Xiang et al., 2018)。解析冷杉属物种的系统发生关系，揭示其对环境变化的响应和适应机制，对于预测当前气候变化对森林动态的影响、准确的物种划分和保护策略的制定具有重要价值。
JIPB 2024年66卷12期的封面故事来自中国科学院植物研究所汪小全研究团队及其合作者题为“Phylotranscriptomic and ecological analyses reveal the evolution and morphological adaptation of Abies”的文章 (https://doi.org/10.1111/jipb.13760)。该研究在对全球冷杉属物种进行全部取样的基础上，通过转录组测序筛选出1533个单拷贝直系同源基因，构建了高分辨率的冷杉属物种进化树 (图1)，并在此框架下，结合网状进化分析、分子钟度量、祖先分布区重建，以及生态因子和形态性状的适应性分析等，揭示了该属的时空进化历史和物种多样性分布格局的环境驱动因子，以及其形态特征在生态适应中的意义。该研究表明，冷杉属在白垩纪晚期起源于北半球高纬度地区，但所有现存物种形成于中新世至更新世期间，伴随新近纪气候变冷和造山运动发生了多次洲际迁移。值得注意的是，中国亚热带山地特有的四种极度濒危的冷杉具有不同的起源和进化历史。
此外，在冷杉属中发现了三个物种丰富度热点地区，包括北美西部、日本中部和横断山区 (图2)，其热点形成机制也各不相同。海拔和降水，特别是最冷季度的降水，驱动了冷杉属物种多样性全球分布格局的形成。与高海拔适应 (如蓝紫色球果) 和抗寒性 (如具短柔毛的嫩枝和具树脂的冬芽) 相关的性状可能在冷杉属物种多样性的形成中发挥了重要作用。该研究为全球冷杉的时空演化提供了新的视角，并将对全球变暖背景下的森林管理和物种保护提供科学指导。
图1. 基于1533个单拷贝直系同源基因重建的冷杉属系统发生关系
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图2.冷杉属物种丰富度和分化时间的分布以及物种多样化的主要环境驱动因子
中国科学院植物研究所汪小全研究组博士生魏周睿为该文章的第一作者，汪小全研究员和其研究组成员魏晓新研究员为共同通讯作者。汪小全研究组已毕业硕士生焦丹参与了该项研究。墨西哥杜兰戈州华雷斯大学的Christian A. Wehenkel教授提供了墨西哥的部分冷杉属植物实验材料。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项项目和国家重点研发计划项目的资助。Farjon, A. (2017). A Handbook of the World's Conifers (2 vols.). Brill, Leiden-Boston.Pearce, F. (2022). The forest forcast. Science 376: 788–791.Reich, P.B., Bermudez, R., Montgomery, R.A., Rich, R.L., Rice, K.E., Hobbie, S.E., and Stefanski, A. (2022). Even modest climate change may lead to major transitions in boreal forests. Nature 608: 540–545.Semerikova, S.A., Khrunyk, Y.Y., Lascoux, M., and Semerikov, V.L. (2018). From America to Eurasia: A multigenomes history of the genus Abies. Mol. Phylogenet. Evol. 125: 14–28.Xiang, Q.P., Wei, R., Zhu, Y.M., Harris, A.J., and Zhang, X.C. (2018). New infrageneric classification of Abies in light of molecular phylogeny and high diversity in western North America. J. Syst. Evol. 56: 562–572.文章引用：
Wei, Z.R., Jiao, D., Wehenkel, C.A., Wei, X.X., and Wang, X.Q. (2024). Phylotranscriptomic and ecological analyses reveal the evolution and morphological adaptation of Abies. J. Integr. Plant Biol. 66: 2664–2682.
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