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《自然》 | 武漢植物園/中-非聯(lián)合研究中心團隊領(lǐng)銜解析猴面包樹(shù)屬植物的演化歷史

發(fā)表日期:2024-05-16來(lái)源:放大 縮小


2024年5月15日,由中國科學(xué)院武漢植物園/中國科學(xué)院中-非聯(lián)合研究中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中-非中心”)牽頭,聯(lián)合英國倫敦瑪麗女王大學(xué)、英國皇家植物園邱園、華大基因、馬達加斯加塔那那利佛大學(xué)、肯尼亞國家博物館、上海辰山植物園等科研機構,在《自然》雜志(Nature)發(fā)表了題為“The rise of baobab trees in Madagascar”的研究論文,系統闡明了全球關(guān)注的瀕危植物類(lèi)群——猴面包樹(shù)屬的多樣性演化歷史,提出馬達加斯加應為該屬的起源分化中心,研究通過(guò)綜合遺傳、生態(tài)、地理數據分析,重點(diǎn)揭示了馬達加斯加猴面包樹(shù)歷史種群動(dòng)態(tài)變化的驅動(dòng)因素,并就其未來(lái)保護提出科學(xué)、有效的保護策略及建議。


馬達加斯加是世界第四大島,因其高度多樣化及特有的生物區系,成為全球最重要的生物多樣性熱點(diǎn)區域之一,也是探討生物演化與保護的“天然實(shí)驗室”。猴面包樹(shù)屬(Adansonia)是錦葵科木棉亞科落葉喬木,全球僅存8個(gè)種,其中6個(gè)種特有分布于馬達加斯加,其余兩種分別分布于非洲大陸和澳大利亞(圖1)。猴面包樹(shù)類(lèi)群個(gè)體壽命可達上千年,其果實(shí)可食用,樹(shù)干儲水豐富,樹(shù)皮是手工制品和建筑原材料,在干旱條件下,還為各類(lèi)動(dòng)物提供水、食物和庇護所,因此被稱(chēng)為“生命之樹(shù)”,在馬達加斯加亦被喻為“森林之母”,具有極其重要的科學(xué)研究、經(jīng)濟、生態(tài)和人文價(jià)值。此外,猴面包樹(shù)體型巨大、形態(tài)奇特,在當地形成了壯美的自然景觀(guān),每年吸引全球無(wú)數旅行者慕名而來(lái)(圖2)。


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?圖1.?猴面包樹(shù)屬植物現今全球分布格局及IUCN瀕危保護等級


受全球變化和棲息地破壞影響,近年來(lái)猴面包樹(shù)屬植物多樣性保護成為學(xué)術(shù)界和大眾廣泛討論的熱點(diǎn)問(wèn)題,尤其在馬達加斯加,部分物種的個(gè)體數和適宜生境驟減,已有三種猴面包樹(shù)被世界自然保護聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄(IUCN Red List)列為瀕?;驑O度瀕危物種。同時(shí),關(guān)于猴面包樹(shù)屬的起源中心及地理分布格局的形成歷史仍存在較大爭議。因此,盡快厘清猴面包樹(shù)多樣性格局的形成過(guò)程,通過(guò)系統的科學(xué)研究指導并制定更有效的保護策略已刻不容緩。


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圖2.?位于馬達加斯加穆隆達瓦的猴面包樹(shù)大道

(攝影:中-非中心)


研究人員通過(guò)對來(lái)自馬達加斯加、塞內加爾和澳大利亞的8個(gè)猴面包樹(shù)物種野生個(gè)體遺傳信息解析,重建了猴面包樹(shù)屬演化歷史,發(fā)現其物種多樣性分化始于距今約2100萬(wàn)年前,該時(shí)間遠晚于非洲和澳大利亞板塊的分離及馬達加斯加島的形成(約1.6億年前)。不僅如此,綜合數據分析表明包括已形成洲際隔離或島嶼同域分布的猴面包樹(shù)物種,在歷史上均存在種間雜交情況,從而導致了屬內全基因組水平上系統發(fā)育關(guān)系信號的不一致性(圖3),依據研究揭示的歷史同域雜交式樣和實(shí)際的跨洋擴散可能性,提出馬達加斯加島應為現存猴面包樹(shù)屬冠群的起源分化中心。


同時(shí),該研究通過(guò)整合全基因組計算的遺傳多樣性、歷史種群數量及生態(tài)學(xué)數據分析,揭示了馬達加斯加現存6種猴面包樹(shù)物種間的生態(tài)位競爭格局,發(fā)現因全球海平面歷史波動(dòng)引起的島嶼面積變化,島嶼內山體隆起、火山噴發(fā)等地質(zhì)演變因素,共同驅動(dòng)著(zhù)島內猴面包樹(shù)物種種群大小及分布的動(dòng)態(tài)變化(圖4)。由地質(zhì)演變產(chǎn)生的豐富小生境異質(zhì)性以及種間雜交可能造就了島內猴面包樹(shù)屬物種的多樣性,這為理解物種演化及分布格局的形成,尤其是馬達加斯加特有生物多樣性發(fā)生機制,提供了重要研究案例。


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圖3.?猴面包樹(shù)屬8個(gè)種的系統發(fā)育關(guān)系與種間雜交歷史


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圖4.?馬達加斯加猴面包樹(shù)種群變化歷史及其受地質(zhì)事件、海平面變化等的影響


此外,研究還發(fā)現IUCN可能低估了馬達加斯加猴面包樹(shù)物種的現實(shí)瀕危狀況,通過(guò)對屬內種間競爭及雜交影響的評估并綜合基因組和生態(tài)學(xué)研究結果,對馬達加斯加特定猴面包樹(shù)物種分別提出了新的保護建議和策略,為有效保護該島整體生物多樣性提供了新的科學(xué)視角和重要參考依據。


研究人員同期在《自然》雜志上發(fā)表題為“The evolutionary history of baobabs and implications for?their conservation”的研究簡(jiǎn)報(Research Briefing)。


中國科學(xué)院武漢植物園王青鋒研究員、萬(wàn)濤研究員為論文的共同通訊作者,萬(wàn)俊男博士、王生位博士、英國倫敦瑪麗女王大學(xué)Andrew R. Leitch教授、英國皇家植物園邱園Ilia J. Leitch 教授、華大基因簡(jiǎn)建波博士為共同第一作者。該研究得到了中-非中心、國家自然科學(xué)基金等項目資助。該成果是武漢植物園/中-非中心長(cháng)期與非洲、歐洲等相關(guān)科研機構緊密合作實(shí)施非洲生物多樣性研究與保護的階段性總結,團隊先期已在包括《自然-植物》(Nature Plants,2018),《自然-通訊》(Nature Communications,2021)等期刊發(fā)表了系列相關(guān)研究論文。



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