苏铁蕨基因组透视蕨类植物演化与保护获揭示
近日，中国科学院华南植物园研究员陈红锋/康明团队与国内外合作者，成功揭示了濒危蕨类植物苏铁蕨的演化历史、濒危机制的基因组基础，并首次完成了苏铁蕨染色体级别的基因组组装。相关研究成果发表于《自然-通讯》。
珍稀植物的存续意义重大，不仅关乎单一物种的命运，更对生态系统功能的维系以及漫长进化历史的延续起着关键作用。对于单种属植物而言，其种群数量的减少或灭绝，意味着整个进化谱系的衰退甚至消亡，会给生物多样性和生态系统稳定性带来不可逆的损害。
蕨类植物基因组具有显著特征，其基因组规模大、染色体数目多，且普遍存在非整倍化以及种内倍性复杂等情况，这使得它们偏离了以二倍体为核心构建的经典遗传学理论与分析框架。传统基于二代测序技术的研究，多聚焦于非编码区的中性遗传变异。在缺乏高质量参考基因组的情况下，难以有效区分功能性编码区变异与中性标记，进而限制了对自然选择、遗传负荷和适应性演化等方面的系统评估。在保护基因组学研究的大背景下，整合遗传漂变、近交、自然选择等多重进化过程，对蕨类植物开展基因组尺度的研究显得尤为迫切。
苏铁蕨形态示意图。研究团队供图
在国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究旗舰项目等项目资助下，陈红锋/康明团队联合上海辰山植物园、深圳仙湖植物园、南宁师范大学以及比利时根特大学等国内外科研力量，首次完成了苏铁蕨染色体级别的基因组组装，组装后的基因组大小达8.62Gb。在此基础上，团队开展了系统的比较基因组学与群体基因组学分析。
研究结果表明，苏铁蕨经历了一次与整个核心薄囊蕨类共享的古全基因组加倍事件。其庞大的基因组主要由长末端重复反转录转座子的长期积累所驱动，并且整体呈现出相对缓慢的进化速率。此外，苏铁蕨特有的木质茎结构适应性演化，与木质素生物合成相关基因家族的扩张以及功能高度保守密切相关，这也解释了为何在进化远端分支上会出现“树状”特征。
群体基因组学分析发现，苏铁蕨存在云南、越南和华南三个遗传分化谱系。当前的群体结构形成，受到第四纪冰期、冰后期扩张以及区域性基因流等多重历史事件的共同影响。与长期维持极小有效群体的濒危物种不同，苏铁蕨经历的是相对近期的种群衰退，导致有效群体大小急剧下降、近交水平升高以及有害突变的显著积累，遗传负荷明显加重。这表明遗传清除作用尚未成为主导进化力量，当前种群正处于持续衰退阶段。
进一步的环境关联分析显示，各遗传谱系已出现与气候因子相关的局部适应信号。遗传偏移模拟预测，在未来气候变化情景下，苏铁蕨种群分布将进一步碎片化，其中中南半岛西南部种群面临的灭绝风险最高。
该研究不仅拓展了蕨类植物基因组学的研究范畴，揭示了群体历史在塑造濒危物种遗传现状中的关键作用，还为制定维持生境连通性、促进适应性基因流的空间化保护策略提供了重要的理论依据和科学支撑。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-68053-0