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中科院植物所两天两篇Nature子刊

花匠小妙招
2024-10-07 08:31

在全球气候变化背景下，理解生物多样性的形成与变化动态至关重要。面对变化的环境，植物或迁移至新分布区以维持其原有生态位，或原地演化出新性状来适应新环境，或两种策略兼而有之。传统的生态位保守性假说认为，物种更倾向于保留其祖先生态位，即“迁移”可能比“演化”更容易。但目前也有研究认为，“演化”策略在植物响应环境变化过程中同样很重要，两种策略还可能在多种内外部因素的复杂作用下相互转变。然而，在漫长的地质历史时期，这两种策略的动态转变是如何发生的，其背后机制又是什么，目前仍不清楚。

葡萄科植物现有18属近1,000个物种，主要分布于全球热带和亚热带地区，在形态和生境上均呈现出高度多样性，是研究植物多样化与生存策略转变机制的理想类群。

中国科学院植物研究所植物大数据与生物多样性保护团队及合作者基于世界范围内的广泛采样，构建了目前取样最全的葡萄科系统发生树（495种，物种覆盖率52%），通过多样化分析，物种分布区、生境和性状重建，结合化石、古地质以及古气候证据，揭示了葡萄科植物在不同地质历史时期的多样化进程和生存策略转变机制。

研究结果显示，现存葡萄科物种的最近共同祖先可追溯至白垩纪晚期，此后由亚洲逐步扩散至全球。渐新世后，崖爬藤属、葡萄瓮属、葡萄属和酸蔹藤属的多样化速率显著上升，这与上述类群生境变化和适应性状出现的时间相符。通过分析各地史时期的扩散事件、生境转变和关键性状演变发现，始新世时期葡萄科物种更多通过“迁移”策略应对气候变化；渐新世采用“迁移”策略的类群显著下降；中新世后大量新生境的出现促使“演化”策略成为主导。这些结果表明，植物在演化过程中并不总是遵循生态位保守原则，研究中应谨慎使用相关理论和假设。

该研究创新性地将类群关键性状演化、生物地理扩散与环境变化相结合，深入剖析了葡萄科植物生存策略的转变模式和机制，对于增进我们对生物多样性形成与变化动态的理解，预测植物如何响应未来环境变化具有重要科学价值。

相关成果于7月15日在线发表于国际学术期刊Nature Plants上。植物所博士研究生尤奕晨、虞近人和吉首大学聂泽龙教授为论文共同第一作者，植物所鲁丽敏研究员、陈之端研究员和美国史密森研究院国家自然历史博物馆文军研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会等项目资助。

葡萄科植物生物地理历史重建和全球扩散路径

葡萄科植物多样化历史，右侧显示多样化速率显著上升的类群及其关键性状

不同地史时期葡萄科植物的生存策略转变模式

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-024-01726-8

多年冻土区储存着全球近1/3的土壤有机碳，在陆地生态系统碳循环中起着至关重要的作用。作为生物地球化学循环的引擎，土壤微生物在调节多年冻土区生物地球化学循环过程、维持冻土生态系统多功能性等方面发挥着关键作用。然而，目前学术界尚不清楚多年冻土区土壤微生物结构和功能的垂直分异规律，尤其缺乏大尺度观测证据。

中国科学院植物研究所杨元合研究组基于区域尺度的野外采样，结合16S rRNA扩增子测序和宏基因组测序技术，解析了青藏高原多年冻土区土壤微生物结构和功能的垂直分异特征。研究人员发现，微生物群落α多样性随土壤深度增加而显著下降，但β多样性显著上升。不同深度土壤微生物群落特化种存在差异：表层土壤为丙杆菌目、伯克氏菌目和去绒毛球藻目，亚表层土壤为拟杆菌目，而冻土层土壤则主要为红杆菌目和盖勒氏目。多年冻土区土壤微生物群落构建主要取决于扩散限制和生态漂变，但二者的相对重要性在不同土层存在差异：表层土壤中生态漂变过程更为重要，而深层土壤中扩散限制过程占主导地位。进一步研究发现，和表层土壤相比，深层土壤中与还原反应过程相关的功能基因相对富集；在代谢类群方面，α-变形菌和放线菌是表层土壤微生物群落代谢的主要贡献者，而深层土壤微生物群落代谢类群更为多样，表明深层土壤微生物具有更复杂的能量获取策略。本研究提供了“多年冻土区土壤微生物群落结构和功能特征垂直变异”的大尺度观测证据，为理解气候变暖背景下多年冻土区生物地球化学循环过程的微生物驱动机制奠定理论基础。

该研究成果于7月14日在线发表于国际学术期刊Nature Communications。植物所博士研究生康路遥为该论文的第一作者，杨元合研究员为通讯作者。美国加利福尼亚州立大学北岭分校Rachel Mackelprang副教授、北京大学吴林蔚研究员等参与了部分工作。该研究得到国家重点研发计划、基金委基础科学中心项目等的资助。