随着全球气候变化的加剧，孑遗濒危物种的进化命运正面临前所未有的挑战。如果不具备足够的遗传变异来适应新的环境，或者无法迁移到适宜的分布区，其种群将面临极高的“适应不良风险”（maladaptation）。理论预测和研究个案表明，基因渐渗或杂交能通过引入新的遗传变异，尤其是有利于适应新气候的基因，进而缓解局部种群面临的气候胁迫。然而，这一机制的普遍性仍有待系统验证。
浙江大学生命科学学院赵云鹏教授团队近期在Forestry Research上发表了一项题为“Genomic vulnerability assessment reveals the potential benefits of adaptive introgression by mitigating the maladaptive risk of admixed populations”的研究成果，以第三纪孑遗植物、国家一级重点保护野生植物珙桐为例，基于保护生物学新概念——基因组脆弱性（genomic vulnerability），通过珙桐种群缺乏适应气候变化所需的遗传变异程度的预测，检验基因渐渗是否通过引入气候适应性基因位点从而降低基因组脆弱性。
Figure 1. Genetic structure, variation, and differentiation of Davidia involucrata
研究团队对采集自中国18个种群共196棵珙桐树的叶片样本进行了简化基因组测序分析，将现存的珙桐种群划分成了三个遗传谱系和两个“混血”种群：西部谱系（四川等地）；东部谱系（湖南、湖北、贵州东北）；南部谱系（贵州西部）；西部混合群（Wmix）：西部与南部谱系的“混血后代”；东部混合群（Emix）：东部与南部谱系的“混血后代”。模拟计算表明，这些混合种群的形成大约发生在17万年前，正值倒数第二次冰期（古乡冰期），气候的波动促使不同谱系的珙桐种群分布区重叠并发生持续的基因流。
Figure 2. Demographic history of three lineages and two admixed groups in Davidia involucrata
梯度森林模型预测结果表明，未来气候变化情景下珙桐东部种群面临的适应风险最高。尽管东部种群拥有较高的遗传多样性，但由于该区域未来降水季节性的变化加剧，它们现有的基因型与未来环境之间将出现巨大的“错配”。这意味着，如果留在原地，它们可能难以适应未来的气候。
Accuracy importance of all predictors and cumulative importance for two variables in the gradient forest model
生物学界普遍认为，基因交流可以通过引入新的等位基因，增加遗传变异，从而帮助物种适应新环境。分析结果证实，珙桐东部混合群的基因组脆弱性确实显著低于纯东部谱系。这意味着，来自南部谱系的基因渗入，在一定程度上缓解了它们适应不良的风险。但是，这种缓解作用是有限的。虽然风险降低了，但东部混合群的平均脆弱性指数依然很高（达到东部亲本的96%）。
Figure 3. Genome-wide screening of the loci associated with local environmental adaptation
在潜在因素混合模型（LFMM）与冗余分析（RDA）共同鉴定的747个气候相关的基因位点中，有138个通过渐渗引入，暗示适应性变异可随基因流传播。天然发生的基因渐渗虽然能提供部分帮助，但不足以完全抵消气候变化带来的负面影响。研究揭示了基因渐渗在提升局部适应中的潜力，凸显了基因组脆弱性评估在指导孑遗濒危物种保护实践中的重要意义。
Integrated offset, migration distance, and initial bearing for SSP245 in 2081–2100
既然自然进化可能来不及拯救珙桐，人类的科学干预就显得尤为重要。研究团队基于基因组数据，提出了具体的保护策略：
1. 就地保护：对于西部谱系和西部混合群，它们的基因组脆弱性较低，适应潜力较好，适合在原本的分布区和生境进行就地保护。
2. 迁地保护与辅助迁移：对于高风险的东部种群，仅仅就地保护可能不够。科学家建议进行“辅助迁移”，即人工将它们移植到更适宜的未来分布区和生境。
模型预测显示，为了最小化适应不良的风险，东部种群可能需要向东北方向迁移。虽然理论上的最优距离很远，但模型预测只要迁移250公里左右，就能消除绝大部分的基因组偏移风险，达到非常好的保护效果。
Genomic offset based on GEA outliers for 2081–2100. Local offsets across the range of D. involucrata for SSP245 (a) and SSP585 (b)
浙江大学生命科学学院博士生李文昊和台州学院林汉扬副教授为本文共同第一作者，浙江大学生命科学学院硕士研究生陈宸、博士研究生林臣峰、浙江大学农业与生物技术学院沈星星教授参与了本研究，浙江大学生命科学学院植被结构功能与建造全国重点实验室赵云鹏教授为通讯作者。野外调查采样得到全国各保护区管理局和林业部门的大力支持。本研究受浙江省“尖兵”“领雁”科技计划项目、国家自然科学基金及国家重点研发计划等项目资助。
原文链接：https://www.maxapress.com/article/doi/10.48130/forres-0025-0026
