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全球氣候變化正在深刻改變物種的分布格局、遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)，嚴重威脅眾多特色經(jīng)濟植物的存續(xù)。然而，氣候變化如何影響這些物種遺傳多樣性的時空分布尚不明晰，這嚴重阻礙了物種的有效保護。與生活史較短的一年生作物相比，多年生木本作物因其世代時間較長而面臨著更嚴峻的挑戰(zhàn)。胡桃（Juglans regia）和泡核桃（J. sigillata），二者俗稱核桃，是亞洲重要的堅果和木本油料作物，廣泛分布于氣候變化敏感的喜馬拉雅和橫斷山等地區(qū)，因此是探究氣候變化對木本經(jīng)濟作物影響機制的理想模型。此前的研究主要聚焦于胡桃和泡核桃的遺傳多樣性和擴散歷史等方面，有關(guān)其遺傳多樣性的起源及對未來氣候變化的響應(yīng)機制仍不清楚。

近年來，中國科學院昆明植物研究所植物種質(zhì)資源與基因組學攻關(guān)團隊圍繞特色經(jīng)濟植物胡桃和泡核桃等開展了保護遺傳學研究，并取得了系列進展（Wambulwa et al.?2022. Plant Diversity；Liu et al. 2023. BMC Plant Biology；Yan et al. 2024. Diversity and Distributions；Ye et al. 2024. Plant Diversity）。最近，團隊通過國際合作，以亞洲分布的胡桃和泡核桃為研究對象，綜合運用群體遺傳學、物種分布模擬和空間生態(tài)學方法，利用31個微衛(wèi)星標記，對覆蓋西亞、中亞、喜馬拉雅、橫斷山及中國北方等的233個群體、5282個個體進行了基因分型研究（圖1），進而解析了遺傳多樣性格局與群體動態(tài)歷史及連通性（圖2，3），并預測了未來氣候變化情景下遺傳多樣性可能受到的侵蝕程度（圖4）。結(jié)果表明，胡桃和泡核桃群體的遺傳多樣性在喜馬拉雅和橫斷山區(qū)最高（圖1）。西喜馬拉雅可能是胡桃的冰期避難所和起源中心，而東喜馬拉雅則可能是泡核桃的冰期避難所。胡桃和泡核桃是兩個遺傳分化明顯的物種，二者在中喜馬拉雅和四川盆地周邊區(qū)域存在雜交，形成兩個不同的雜交帶（圖2）。胡桃和泡核桃的分化始于更新世（約141萬年前），胡桃可分為兩個遺傳分組（JR1和JR2）（圖3），其中JR2的遺傳多樣性最低，可能在約一萬年前沿史前絲路擴散至中國北方。生態(tài)位模型預測顯示，未來氣候變化將導致胡桃和泡核桃適生區(qū)顯著縮減，并可能造成約9.03%的遺傳多樣性喪失，尤其在喜馬拉雅和橫斷山區(qū)可能出現(xiàn)劇烈的遺傳結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)（圖4）。因此，喜馬拉雅地區(qū)應(yīng)作為核桃的優(yōu)先就地保護區(qū)域，以維持物種遺傳多樣性和適應(yīng)潛力；同時，對遺傳獨特的核桃野生種質(zhì)應(yīng)實施遷地保護，并將其納入未來種質(zhì)資源利用與育種計劃，以提升核桃對未來氣候變化的適應(yīng)潛力。該研究通過大尺度的全面系統(tǒng)取樣，特別是對喜馬拉雅和橫斷山的野外補充采集，通過多學科證據(jù)的綜合分析，相關(guān)成果不僅深化了對亞洲胡桃和泡核桃的起源及其對未來氣候變化響應(yīng)機制的認識，也為其他面臨類似威脅的木本經(jīng)濟植物探索保護與育種策略提供可循范式。

近日，該研究成果以Genetic origins and climate-induced erosion in the economically important Asian walnuts為題，發(fā)表在保護生物學領(lǐng)域旗艦期刊Conservation Biology上。昆明植物所樊鵬振博士和已畢業(yè)碩士研究生朱光福為論文共同第一作者，劉杰研究員和李德銖教授（現(xiàn)山東農(nóng)業(yè)大學）為共同通訊作者。肯尼亞東南大學Moses C. Wambulwa博士、英國愛丁堡大學Richard I. Milne博士、伊朗亞蘇吉大學Robabeh Shahi Shavvon博士等參與了此項工作。該研究獲得了國家自然科學基金（32170398，31770367）、中國科學院“西部之光”、中國科學院“從0到1”原始創(chuàng)新項目（ZDBS-LY-7001）以及云南省基礎(chǔ)研究重大項目（202201BC070001）等支持。

圖1 亞洲胡桃和泡核桃群體的取樣地點（a）和不同遺傳多樣性參數(shù)的地理分布格局（b-e）。藍色、橙色和紅色的點分別代表胡桃（JR1、JR2）和泡核桃（JS）遺傳分組；點的大小表征多樣性高低。

圖2 亞洲胡桃和泡核桃群體遺傳結(jié)構(gòu)。（a）貝葉斯聚類分析（STRUCTURE），（b）基于STRUCTURE結(jié)果（K=3）的空間遺傳格局，（c）不同分組間的主成分判別分析（DAPC），（d）基于Nei遺傳距離（DA）的無根鄰接樹。

圖3 亞洲胡桃和泡核桃的群體演化歷史。設(shè)定了9種可能的情景（Scenario1-9），最佳模型為情景?8；t1、t2和t3為群體分化或雜交事件發(fā)生的時間，箭頭代表基因流方向。

圖4 當前亞洲胡桃和泡核桃的群體遺傳結(jié)構(gòu)（a）及未來氣候情景下的潛在遺傳結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)強度與趨勢（b-e）。