巴東木蓮(Manglietia patungensis Hu)為木蓮屬常綠喬木,我國特有瀕危樹種,國家二級保護植物。其花朵芬芳,樹形優美,具有重要的園林觀賞價值;樹皮可作為中藥厚樸代用品。目前我國現存的巴東木蓮僅有500余株,斑塊狀分布于鄂西、湘西、贛西北山區。近幾十年,該地區超過40%的森林生境片段化和破碎化,巴東木蓮的生境也遭到嚴重破壞。生境破碎化會影響植物種群的結構連通性(斑塊之間的地理距離變大)和功能連通性(減少基因流動或植物在斑塊間的傳播)。種群連通性決定了種群的基因流動、遺傳多樣性和遺傳結構,也決定了物種在氣候變化和棲息地破碎等生態干擾下的生存和恢復能力。基于巴東木蓮的瀕危現狀,中國科學院武漢植物園對其野外種群的遺傳變異和連通性進行了分析,以期為巴東木蓮的綜合保護提供理論依據。
進展一:為了更好地開展巴東木蓮的遺傳變異分析,利用其轉錄組數據開發了新的多態性簡單序列重復(EST-SSR)標記。共得到131 132個Unigene序列,SSR位點總數37 774個。在巴東木蓮的SSR位點的重復單元中,單核苷酸重復類型的SSR最多(50.81 %),其次為二核苷酸(34.12%)。隨機挑選102對EST-SSR引物在巴東木蓮的3個種群共45個樣品中進行驗證,有效擴增率為36.27%(37對),多態性引物比例為12.75%(13對)。對13個多態性位點進一步分析,共獲得40個等位基因,每位點包含2-5個等位基因;這13對引物在同屬的五個物種中有較高的通用性。相關研究結果以“Development and characterization of EST-SSR markers for the endangered tree Magnolia patungensis (Magnoliaceae)”為題,發表在Annales Botanici Fennici上。論文鏈接: https://doi.org/10.5735/085.057.0114。
進展二:研究物種的遺傳變異和種群連通性對保護瀕危物種具有重要意義。利用16對SSR標記對4個巴東木蓮種群進行研究,結果顯示該物種具有低的遺傳變異(HE = 0.228-0.364)和高的遺傳分化(FST = 34.0%,G”ST = 53.4%),這主要是由于其種群規模小、地理隔離導致的遺傳瓶頸、漂變、近交和基因流受限所致。巴東木蓮有限的花粉和種子傳播能力以及野外分布地區復雜的地理條件,導致該物種的歷史基因流非常低(Nmhis = 0.762);同時發現,種群間的當代基因流(Nmcon = 0.474)小于其歷史基因流,這表明最近幾十年該物種的生境破碎化進一步阻礙了種群間的基因交流,種群連通性進一步遭到破壞。為了保持該物種的進化潛力,緩解瀕危狀況,建議在原地和遷地保護計劃的基礎上,種群內進行人工異株之間授粉,以減小近交并增加結實率。相關研究結果以“Decreasing genetic connectivity in the endangered tree Magnolia patungensis in fragmented forests”為題發表在Global Ecology and Conservation上。論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.gecco.2020.e01227。
上述研究得到了國際植物園保護聯盟(BGCI, 30420)和中國科學院武漢植物園人才培養計劃(Y855291B01)的資助。中國科學院武漢植物園水生植物生物學學科組Wagutu Godfrey K和樊香絨分別為第一作者,中國科學院水生植物與流域生態重點實驗室、武漢植物園水生植物生物學學科組副研究員陳媛媛為通訊作者。
圖1:巴東木蓮采樣地圖
圖2:巴東木蓮4個種群的遺傳聚類分析