💡这项突破是什么?
中国科学院昆明植物研究所高连明研究团队在杜鹃花属物种演化机制研究方面取得重要进展。该团队以横断山地区糙叶杜鹃亚组（Subsection Scabrifolia）的8个物种为研究对象，通过整合群体基因组学、生态学及生物地理学等多学科方法，揭示了基因组结构与生态因素共同驱动杜鹃花属物种辐射演化的新机制。研究成果以‘Genomic architecture and ecological factors drive rapid radiation of Rhododendron subsection Scabrifolia in the Hengduan Mountains’为题，于2025年1月2日在线发表于国际植物学期刊《New Phytologist》。
图2 糙叶杜鹃亚组八个物种的分布、群体结构及演化历史
基因组结构是遗传多样性与分化差异的基础
该研究发现，在糙叶杜鹃亚组物种的自然群体中，染色体 A 区室与 B 区室在基因组分化和基因流强度上存在显著差异（图 3）。结果显示包含着丝粒的B 区室在物种间表现出更大的遗传分化（𝐹𝑆𝑇）和分异（𝐷𝑋𝑌 ），相比之下，A 区室则在不同物种中倾向于低的遗传分化水平，具有较低的遗传分化和分异。基于沿基因组10 kb 滑窗的基因流分析表明，在几乎所有的𝑓dm 组合中，A 区室前5% 的𝑓dm 平均值比B 区室前5% 的𝑓dm 平均值高，说明在A 区室中具有更大程度的局部基因渐渗（图 4）。基因组异质性景观的形成可能源于基因组结构对重组率、突变率和选择压力的综合影响：B 区室靠近着丝粒，着丝粒进化迅速且易发生倒位，低重组率加上转座元件积累和杂合不相容性等都会抑制基因流；而 A 区室基因丰富、重组率高，使有益等位基因更易渗入并通过适应性选择快速固定。总体来看，基因组结构不仅塑造了染色体不同区室的遗传多样性与遗传分化模式，也在物种形成和适应性进化中发挥重要作用。
图3 10 kb的基因组滑窗下，A/B 区室间物种的遗传分化值（𝐹𝑆𝑇）及遗传分异值（𝐷𝑋𝑌）的差异
图4 10 kb的基因组滑窗下，A/B 区室间物种的基因流分布差异
生态因素与基因组结构共同影响物种辐射演化
该研究表明，糙叶杜鹃亚组的物种演化受到生态因素与基因组结构的共同作用。在横断山地区，晚中新世的造山活动和气候变化为物种形成提供了微生态与演化机遇。更新世气候波动和冰期—间冰期循环可能促使原本隔离的物种扩展分布，从而在迁移期间发生间歇性基因流。在空间隔离期，整个基因组，尤其是 B 区室发生分化，积累新突变并筛选祖先单倍型，促进物种沿着不同的演化方向发展；而在发生基因流时期，A 区室易于基因渐渗，使近缘物种间形成遗传上的动态网络，快速响应环境变化。研究推测，不同染色体区室可能倾向于保存不同来源的适应性变异：B 区室的新突变通过长期固定积累，影响基因组稳定性并引导演化方向；而 A 区室的共享等位基因或适应性基因渐渗则促进物种快速适应环境。总体来看，生态因素与基因组结构的交互作用共同塑造了糙叶杜鹃亚组物种的快速适应性演化。
综上所述，在糙叶杜鹃亚组物种间的全基因组范围内，遗传分化值（𝐹𝑆𝑇）和遗传分异值（𝐷𝑋𝑌）呈现显著差异。这种差异在染色体的 A 区室与 B 区室间表现出一致性：B 区室在物种间通常分化程度较高，而 A 区室分化程度较低，可能因物种间频繁的基因流所致。研究推测，间歇性的基因流结合着丝粒的快速进化，是驱动杜鹃花属物种辐射演化的内部动力。B 区室紧密关联着丝粒，为物种分化提供了多样的进化方向；而 A 区室的遗传多样性与环境异质性则有助于物种形成以及对环境变化的快速适应。
中国科学院昆明植物研究所已毕业博士研究生秦汉韬（现任西南林业大学讲师）为论文第一作者，高连明教授（现山东农业大学）、李洪涛研究员和李德铢教授（现山东农业大学）为论文共同通讯作者。英国爱丁堡大学Alex D. Twyford 博士和 Richard I. Milne 博士、埃克塞特大学 Hans-Wilhelm Nützmann 博士、西双版纳热带植物园严丽君副研究员，昆明植物所已出站的博士后郑伟博士，以及在读博士研究生莫智琼、朱明姝等参与了此项研究。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和云南省基础研究专项重大项目的资助。
