科技日報記者 謝開飛 通訊員 白建林
“位于南美洲和東南亞的一些小菜蛾種群，不僅需要保持和加強害蟲管理，而且隨著未來溫度的升高，其周年適生區(qū)也將進一步擴大。”12月10日，國際知名期刊《自然-通訊》發(fā)表了福建農(nóng)林大學(xué)閩臺作物有害生物生態(tài)防控國家重點實驗室尤民生、尤士駿團隊的研究成果。
作為一種世界性的十字花科蔬菜重要害蟲，小菜蛾在全球不同氣候帶均有分布。它們適應(yīng)氣候變化的能力如何？對生物多樣性、糧食生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展等有何影響？上述問題長期為各國科學(xué)家所關(guān)注。
小菜蛾與氣候適應(yīng)性相關(guān)的遺傳變異分布 受訪者供圖
“該項目在前期對全球六大洲的55個國家和地區(qū)的114個樣點采集的小菜蛾樣本進行全基因組重測序的基礎(chǔ)上，用景觀基因組學(xué)方法和基因編輯技術(shù)等，預(yù)測和驗證了全球小菜蛾的氣候適生性。”尤民生表示，研究成果使小菜蛾防治有了世界性“氣候圖譜”，可為未來的小菜蛾防治提供指導(dǎo)，也為宏觀大數(shù)據(jù)分析和微觀基因功能驗證相結(jié)合，解析物種的環(huán)境適應(yīng)性機制，提供了可借鑒的技術(shù)手段。
人類活動引起氣候變化，特別是溫度和降水的逐漸變化，正在影響物種的生存和分布。對此，該團隊研究人員對小菜蛾適生區(qū)的357個個體重測序數(shù)據(jù)進行景觀基因組學(xué)分析，共鑒定到3648個潛在的氣候適應(yīng)性位點。通過廣義不相似性模型建模，擬合氣候適應(yīng)性位點與氣候變量之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)全球小菜蛾的遺傳變異具有一定的緯度相似性，且溫度在小菜蛾的氣候適應(yīng)性遺傳變異中起到了重要作用。這表明來自同一緯度的小菜蛾群體具有相似的遺傳組成。
“了解氣候適應(yīng)的遺傳基礎(chǔ)，對于預(yù)測物種對氣候變化的響應(yīng)至關(guān)重要?！睋?jù)尤民生介紹，他們采用一種被稱為“遺傳補償”的指標(biāo)，來探究哪些地方的小菜蛾在遺傳上更為“脆弱”，即更容易受到氣候變化的影響。研究發(fā)現(xiàn)，遺傳補償較高的群體更容易受到氣候變化的影響，需要更多的遺傳變異以適應(yīng)環(huán)境的變化。預(yù)測在2050年溫室氣體排放情景RCP8.5下，大多數(shù)小菜蛾種群的遺傳補償均較低。
為更準(zhǔn)確地預(yù)測不同地理種群對氣候變化的響應(yīng)，該團隊還構(gòu)建了一種新的“生態(tài)-遺傳指數(shù)”，結(jié)合遺傳因素和生理因素，更好地預(yù)測種群在未來氣候變化背景下的適生性。在氣候變化情景下，除南美洲和東南亞的一些種群外，大多數(shù)種群面臨的氣候挑戰(zhàn)是較小的。因此，在2050年的未來氣候背景下，全球大部分地區(qū)小菜蛾的棲息地適合度不會發(fā)生劇烈變化，很大可能性將保持它們現(xiàn)有的為害狀態(tài)，這對未來的害蟲管理具有實際用途。
最后，研究人員首次利用基因編輯手段驗證氣候適應(yīng)性基因在溫度變化中的作用，發(fā)現(xiàn)小菜蛾類鈣黏蛋白（PxCad）基因具有調(diào)控小菜蛾溫度適應(yīng)性的功能，PxCad突變品系的低溫耐受性明顯低于野生品系小菜蛾。該項目的主要完成人是國家獎學(xué)金獲得者、福建農(nóng)林大學(xué)博士生陳燕婷（第一作者）和尤士駿副教授（通訊作者）。
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