物种的表型和遗传分化机制一直是进化生物学领域的研究热点。然而，地理隔离和环境因素在东亚多年生草本植物物种分化中的作用机制尚不明确。Journal of Systematics and Evolution（JSE）2023年第2期发表了西北大学生命科学学院李忠虎教授研究团队题为“Drivers of
intraspecific differentiation of an alpine cold‐tolerant herb, Notopterygium
oviforme: Roles of isolation by distance and ecological factors”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jse.12844）。此研究为地理隔离和环境因素在东亚多年生草本植物物种分化中的驱动机制提供了新的依据。
该研究以中国特有多年生高山耐寒草本植物卵叶羌活（Notopterygium
oviforme）为研究对象，通过整合群体转录组、叶绿体基因组、简化基因组、微卫星标记、表型变异以及环境气候等数据，系统分析了卵叶羌活的遗传和表型分化，探讨了地理隔离和生态环境因素在该物种种内分化中的作用机制。
图1. 卵叶羌活自然群体地理分布图
研究人员从我国秦岭及其邻近地区采集了13个覆盖卵叶羌活自然地理分布范围的群体样本，进行微卫星分型分析（11个群体191个个体）、群体转录组测序（10个群体30个个体）、简化基因组测序（10个群体12个个体）和叶绿体基因组测序（12个群体14个个体），并进行了遗传结构、系统发育、种内分化以及群体动态历史等分析。不同遗传背景来源的数据分析结果均表明，卵叶羌活在遗传层面可以划分为两个遗传谱系——西秦岭谱系和东秦岭谱系。尽管这两大谱系在遗传上存在显著分化，但两个谱系在大多数表型变异特征上的分化较弱，这可能与两个谱系占据了相似的生态位有关。
图2. 基于卵叶羌活群体转录组、叶绿体基因组、简化基因组和微卫星数据的遗传结构分析结果（上图），卵叶羌活种内分化时间分析（下图）
分子定年分析表明，卵叶羌活的种内分化与秦岭山脉近期大规模的抬升时间相吻合，揭示了该物种的种内分化可能与秦岭地区山脉的地质活动有关。同时，无论是相关性检验还是多重矩阵回归分析（MMRR）均支持地理距离在卵叶羌活遗传分化中占据主导地位。此外，研究人员还在两个遗传谱系间发现了大量与抗逆性相关的差异表达基因（DEGs），如紫外线辐射、干旱、冷胁迫和盐胁迫相关基因等。选择压力分析表明，这些基因受到正向选择作用，推测可能在卵叶羌活的环境适应性和种内分化中起到重要作用。
图3. 卵叶羌活西秦岭和东秦岭谱系生态位模拟结果
该研究深化了对东亚地区高山耐寒草本植物卵叶羌活种内分化机制的理解，同时揭示了地理隔离和生态因素在种内分化中的复杂作用。研究结果对卵叶羌活的保护和管理具有重要意义，也提示我们对卵叶羌活的不同遗传谱系应分别制定不同的进化单元，进行保护。
该项研究由西北大学已毕业博士研究生刘米利（现为榆林学院副教授）为第一作者，西北大学李忠虎教授担任通讯作者，青海大学尚千涵为共同第一作者，同时得到了青海大学洒威教授、西北大学李保国教授以及课题组研究生程彦君、王娜的支持。此外，巴塞罗那植物研究所的Jordi López-Pujol博士也为该项研究提供了帮助。该研究得到了中国国家自然科学基金（31470400, 31970359）、青海省科技成果转化专项项目（2020–NK–117）、陕西省重点研发计划（2022ZDLSF06-02）以及陕西省科技创新团队项目（2019TD–012）的支持。
责编：王率真
Journal of Systematics and Evolution (JSE)是以分类、系统发育和进化为核心内容，以描述和理解生物多样性为服务目标的多学科综合性国际学术期刊，主要发表系统与进化生物学领域的研究成果。JSE是中国科学院期刊分区表生物学大类1区期刊，中国科技期刊国际影响力提升计划项目（2013–2018）和中国科技期刊卓越行动计划项目（2019–2023）支持期刊。最新JCR影响因子3.4，排名60/265，位于Q1区。获第三届、第四届中国科协优秀科技论文奖。2023年连续第十二年荣获“中国最具国际影响力学术期刊”奖。
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