遗传多样性是生物多样性的关键组成，在物种环境适应及种群可持续存在等进化过程中具有重要意义。深入理解遗传多样性分布格局及其驱动因素，对于生物多样性保护、预测物种对未来气候变化的响应以及识别关键种群具有重要意义。中心边缘假说 (central-marginal hypothesis, the geographical CMH) 认为物种分布中心的种群遗传多样性水平较高而地理边缘的种群遗传多样性水平较低。然而地理边缘可能存在适宜生境进而维持较高的遗传多样性 (the ecological CMH)。此外末次盛冰期 (the last glacial maximum, LGM) 对遗传多样性产生了深远的影响 (the historical CMH)：冰期避难所的种群通常具有较高水平的遗传多样性，冰期过后，物种扩散带来的瓶颈效应以及建群者效应导致遗传多样性沿着扩散路线逐步降低。
近日宏观生态学与生物地理学领域期刊《Global Ecology and Biogeography》在线发表了山东农业大学王年教授课题组题为 “Contrasting drivers of genetic diversity in plants across previously glaciated Northern hemisphere landscapes” 的研究论文，系统解析了地理、生态和历史气候对北半球植物种内遗传多样性空间分布格局的影响。
图1|地理、生态、历史、纬度和经度对种群遗传多样性影响的概念框架
由于LGM对北美、欧洲以及东亚具有不同程度的影响，该研究首先构建了一个整合地理、生态与历史过程，并纳入纬度与经度因素的概念框架 (图1)。在此基础上，汇编了覆盖北半球区域的435种植物，8,333个种群的遗传多样性数据集 (图2)，并量化了每个种群到物种地理分布边缘的距离 (DRange)、每个种群到气候生态位边缘的距离 (DNiche)、每个种群到潜在冰期避难所的最近距离 (DRefugia) 以及每个种群所在的纬度 (Latitude) 和经度 (Longitude)。本研究采用贝叶斯系统发育混合效应模型系统评估了上述变量与遗传多样性之间的关系。
图2|植物种群遗传多样性的分布及北美、欧洲和东亚的冰盖覆盖（灰色）
研究结果表明，种群地理、生态及历史对遗传多样性格局的作用在北美、欧洲和东亚存在显著差异 (图3a)，在木本与草本之间亦存在明显的差异 (图3bc)。具体而言，地理中心边缘假说 (the geographical CMH) 主要影响了欧洲和东亚草本的遗传多样性；生态中心边缘假说 (the ecological CMH) 主要影响了北美的木本植物；历史中心边缘假说 (the historical CMH) 对东亚植物遗传多样性格局的影响较为有限 (图3bc)。此外，欧洲植物的遗传多样性由南到北逐渐降低；东亚植物的遗传多样性由南到北逐渐升高而北美植物的遗传多样性同纬度没有明显的关系 (图3a)。
图3|地理、生态、历史、纬度和经度对遗传多样性格局的影响。（a）木本与草本，（b）木本，以及（c）草本。蓝色、绿色和紫色分别代表北美、欧洲和东亚。不透明点表示效应显著，透明点表示效应不显著。
总体而言，本研究表明地理、生态和历史过程共同塑造了北半球景观尺度上种内遗传多样性的当代分布格局。本研究深化了对物种遗传多样性维持因素的理解，为系统性保护种内遗传多样性提供了依据。
山东农业大学林学院博士研究生刘露为本论文的第一作者；山东农业大学林学院王年教授为通讯作者；英国皇家植物园邱园James Borrell和Samuel Pironon参与了本项研究。该研究受国家自然科学基金和山东省青年创新团队项目的资助和支持。
论文链接： https://doi.org/10.1111/geb.70247
编 辑：万 千
审 核：贾 波
