Forestry Res 编委动态 | 中国北方油松人工林种群的“一对一”精准溯源

学术 2024-08-09 10:00 江苏

2024年6月，北京林业大学生物科学与技术学院针叶树遗传改良方向钮世辉教授、李悦教授团队在Ecology and Evolution期刊上发表了一篇题为Point by point” source: The Chinese pine plantations in North China by evidence from mtDNA 的研究论文。

该研究为前期研究的延续，基于具有母系遗传特征的mtDNA标记侧重解答了中国北方油松人工林种群的“一对一”精准溯源；结果确定几乎所有的河北人工林种质来源于山西天然林，这促进了河北人工林种群的遗传背景同质性；辽宁人工林种质更多来源于辽宁天然林，另一部分来源于山西天然林，这导致了辽宁人工林种群内的遗传结构较大差异；研究结果为油松种质的科学配置、管理与利用，以及油松人工林的高质量培育提供了可靠的理论依据。

图1 油松人工林个体标准样貌（油松基因组测序株）

本研究的供试样本分别来自山西（7个天然种群，SX*）、河北（5个天然种群，HB*及11个人工种群，HB）、辽宁省（3个天然种群，LN*及12个人工种群，LN）的主要油松天然、人工林，共38个种群。基于2个mtDNA位点对所有样本进行扩增标记，归因于测序质量等问题，最终分别得到796（matR位点）（图1）和873（nad5-1位点）（图2）个样本的测序信息；经序列合并、人工矫正及后续系列分析，得到下述结果。

图2 基于matR标记的单倍型地理分布

图3 基于nad5-1的单倍型地理分布

经处理，我们分别保留了440、999bp长的matR和nad5-1序列信息用于后续分析。基于两个位点的组群遗传多样性比较近似（图4），考虑到matR位点的变异更为保守，我们将基于该位点的遗传多样性作为主要参考，即HB*> HB> SX*, LN> SX*> LN*（Pi）（图4A），该结果呼应了我们先前的发现，即HB>SX*，LN>SX*，HB和LN人工林均表现为较高的遗传多样性。

图4 基于两个mtDNA标记的组群遗传多样性

关注到基于两个位点的群体遗传结构以及组群内的遗传变异水平（图5、6），我们主要发现SX*在我国北方油松种群中具有绝对“祖先地位”（图5A，图6E），符合我们先前的结果。SX*和LN组群表现为较大的组内遗传背景差异（图5、6），而HB表现相反；这可能归因于HB种群种质来源背景简单，而LN种群种质来源背景更为复杂的种质历史背景。

图5 基于matR的群体遗传结构

图6 基于nad5-1的群体遗传结构

考虑到基于matR和nad5-1全序列的单倍型数量较多以及其网络图较为复杂，我们对原始序列做了进一步的保守变异信息提取（图7A、C）；结果发现nad5-1位点所呈现出的单倍型网络图更为复杂，存在几个核心单倍型（祖先单倍型）（图7D），相同地理种群具有较为一致的单倍型结构（图3）；matR位点的单倍型网络图较为简单，仅具有一个核心单倍型，该单倍型主导了所有供试群体（图2）。

图7 基于两个mtDNA标记的单倍型网络图

尝试对人工林种群进行精准溯源，是我们拟解决的关键问题；考虑到nad5-1位点的单倍型信息更为丰富，我们以基于该位点的群体单倍型结构作为精准溯源的关键参考，并以种群间的系统发育关系及遗传血统背景作为辅助信息与引导，同时将种群地理信息，人工林营造历史资料，以及天然林生长、林貌和规模等特征作为人工林溯源的定性衡量参考，我们首次解答了中国北方主要人工林种群的“一对一”精准溯源（图8）。

我们发现几乎所有的HB人工林种群，其种质来源于SX*天然林；LN人工林种群种质主要来源于当地天然林种群（LN*），其余部分来源于SX*天然林。HB人工林种质背景来源单一与LN人工林种质背景更为复杂的历史背景塑造了当下我国北方主要人工林种群的遗传背景结构：HB人工林种群遗传背景差异小，而LN人工林种群间表现为较大的遗传背景差异。

图8 人工林的精准溯源及种群单倍型结构

该研究首次解答了我国北方主要油松人工林种群的精准溯源，可进一步为油松种质的科学配置、管理与利用，以及后续油松人工林的高质量营造与培育提供可靠的理论依据。目前，人工林种质溯源研究在其它树种中较为少见，该研究的相关方法与理论可为其它树种人工林种质溯源提供参考。

基于本研究的中国北方油松人工林种群种质溯源结果，我们可进一步对异地种质人工林进行适生度评估，分离异地气候对外来种质人工林种群的影响，预测未来气候背景下异地种质人工林的生长适应性，以评价历史人工林营造的引种方案并进一步制定未来油松种质调拨的相关理论与策略。

北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种学科博士生研究生周彪为该文章的第一作者，北京林业大学生物科学与技术学院针叶树遗传改良方向，钮世辉教授、李悦教授为该文章的通讯作者。北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种学科张子杰（已博士毕业）、河北省林业和草原科学研究院张鸿景、山西省关帝山国有林业局吴城种子园栗宇鹏、山西省吕梁市国有林业局油松种子园马彦广、辽宁省锦州市义县林业发展服务中心张树彬，为本研究的样本采集工作提供了重要帮助。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/ece3.11570

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