Nature Commun丨赵韩生等基于单倍型泛基因组揭示毛竹遗传变异和气候适应性能力

责编 | 王一

毛竹（Phyllostachys edulis）是一种在东亚地区广泛分布、具有重要生态和经济价值的森林资源，在促进实现“双碳”目标和减缓气候变化方面发挥着重要的作用。当前全球竹产业经济价值巨大且增长迅速，2020年中国竹材市场价值415.8亿美元，预计到2035年将超过1386.3亿美元。而且凭借其快速生长和高碳储存能力，1公顷毛竹林在60年内的碳储存量是杉木林的两倍。然而，气候变化严重威胁着毛竹的生存。对于毛竹等受栖息地限制的物种，遗传变异的持续积累才能产生应对气候变化的适应性个体。但是毛竹种群遗传多样性低，对气候变化敏感，因此评估其气候风险和适应能力对于制定保护政策和育种工作至关重要。

2024年9月15日，国际竹藤中心联合澳大利亚默多克大学的研究团队在Nature Communications上发表了题为Haplotype-based pangenomes reveal genetic variations and climate adaptations in moso bamboo populations的研究论文（图1）。该研究首次获得了基于单倍型的高质量毛竹泛基因组，发现毛竹的变异主要存在于单倍型之间，而非种内变异。在泛基因组的基础上，研究人员分析了毛竹环境适应相关的等位基因不平衡表达机制，鉴定了与温度降水相关气候因子的遗传变异，并对未来各地区毛竹风险程度进行了预测。该研究不仅为毛竹的保护和可持续利用提供了重要的基因组资源，也为其他重要的竹类和禾本科植物的气候适应研究提供了参考。

图1. 文章信息

研究人员首先组装了16个高质量的单倍型毛竹基因组，经分析发现毛竹的变异主要存在于单倍型之间，而非种内变异，这表明毛竹的遗传多样性比之前认知的低。之后研究人员利用基因共线性的方法构建了基于单倍型的毛竹泛基因组（图2），从单倍型和个体两个维度分析了各类别基因集合的数目占比和特征。

图2 毛竹泛基因组基因集合的分类和特征

接下来研究人员借助单倍型泛基因组，从群体层面揭示了等位基因不平衡表达主要与环境适应性有关，同时也参与各组织的特定功能。研究人员也鉴定了与温度和降水等关键气候因子相关的多种变异，进一步预测了在高低两种未来排放情景下毛竹适生区各地区的风险程度（图3）。结果显示在高碳排放情景下，北部和西部地区遗传风险显著增加，凸显了气温上升对毛竹野生群体带来的威胁。

图3 未来气候变化下毛竹种群的预测风险和基因组偏移

该研究由国际竹藤中心赵韩生研究员担任通讯作者。国际竹藤中心硕士研究生侯胤光为第一作者。本研究还得到了澳大利亚默多克大学的Rajeev K. Varshney院士的大力支持。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-52376-5