氣候變化深刻地影響物種的地理分布格局，導(dǎo)致生物多樣性下降，并威脅到眾多物種的生存。了解物種如何應(yīng)對(duì)氣候變化，不僅有助于保護(hù)生物多樣性，對(duì)作物育種也具有重要意義。物種分布模型（SDM）常用于預(yù)測(cè)物種隨時(shí)間的分布變化，但它忽略了進(jìn)化過(guò)程。遺傳偏移量（genetic offset）考慮了局部適應(yīng)，但忽略了有害突變。有害突變被稱為遺傳負(fù)荷（genetic load），遺傳負(fù)荷越高，群體應(yīng)對(duì)氣候變化的能力越弱。然而，已有的關(guān)于物種氣候變化響應(yīng)的研究卻忽略了遺傳負(fù)荷的影響。因此，遺傳負(fù)荷的研究及將其與其他因素結(jié)合起來(lái)能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)物種對(duì)氣候變化的響應(yīng)，對(duì)生物保護(hù)和作物育種至關(guān)重要。
近日，中國(guó)科學(xué)院植物研究所郭亞龍研究組與中國(guó)科學(xué)院華南植物園王寶生研究員,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院深圳基因組研究所王麗研究員和瑞典于默奧大學(xué)毛建豐教授合作在Nature Communications在線發(fā)表了題為Incorporating genetic load contributes to predicting Arabidopsis thaliana’s response to climate change的研究論文。
該研究利用1,115個(gè)全球廣布的擬南芥自然品系，發(fā)現(xiàn)有效群體大?。∟e）是影響遺傳負(fù)荷變化的關(guān)鍵因素。更有意思的是，Ne會(huì)通過(guò)改變純化選擇和GC偏好性基因轉(zhuǎn)換的強(qiáng)度來(lái)影響遺傳負(fù)荷。結(jié)合遺傳負(fù)荷、遺傳偏移量和物種分布模型的分析，該研究預(yù)測(cè)分布邊緣的擬南芥群體普遍面臨更高的生存風(fēng)險(xiǎn)。具體來(lái)說(shuō)，東部群體在各方面的表現(xiàn)都較差，南部群體遺傳偏移量大、適宜性低，而北部群體則具有更高的遺傳負(fù)荷。在眾多自然群體中，長(zhǎng)江流域的群體在未來(lái)氣候變化下最為脆弱。
綜上，該研究綜合群體遺傳學(xué)和景觀基因組學(xué)等多學(xué)科的交叉研究手段，系統(tǒng)地解析了模式植物擬南芥自然群體中遺傳負(fù)荷變異的模式和其影響因素；進(jìn)一步地，將遺傳負(fù)荷、遺傳偏移量及物種分布模型一起進(jìn)行整合分析，預(yù)測(cè)了不同擬南芥群體對(duì)未來(lái)氣候變化的響應(yīng)能力，為瀕危物種保護(hù)和作物育種提供了新的研究思路。
圖1. 擬南芥群體對(duì)未來(lái)氣候變化的響應(yīng)。A. 擬南芥氣候變化響應(yīng)能力（紅色代表響應(yīng)能力低）；B. 綜合三種因素預(yù)測(cè)擬南芥不同群體應(yīng)對(duì)氣候變化的能力。
郭亞龍研究組已畢業(yè)博士生江娟為第一作者，郭亞龍研究員為通訊作者。該研究得到基金委及科技部的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58021-z
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