基于功能基因组研究群落物种共存机制—以Ficus为例探讨干旱和防御相关基因的作用

　　热带森林群落是地球上多样性最高的群落之一。少数几个大属往往为这种多样性做出了不成比例的贡献，例如Ficus，Inga等。大量同属植物如何在局域群落中共存一直是群落生态学研究中的难题。生态位差异可能导致了同属物种在群落尺度的多样性，但当前所测量的一系列功能性状并不能很好地捕捉这一差异并解释相关机制。

　　为了探索近缘种的共存机制，中国科学院西双版纳热带植物园（以下简称“版纳植物园”）森林生态系统结构、功能与动态研究组与美国University of Notre Dame的研究团队合作，以西双版纳热带雨林群落中13种榕树为研究对象，基于功能基因组学方法，研究共存榕属（Ficus）植物800多个与干旱和防御相关的基因，利用物种功能基因相似性的详细数据来评估共存近缘物种在干旱和防御相关基因上存在的差异。研究发现，共存榕属树种之间存在基因序列的显著性差异。其中，共存榕树防御基因的差异与榕树的共存有关，为 Janzen-Connell 假说解释热带群落物种多样性提供了遗传支持；而干旱相关基因序列的相似性与榕树的共存有关，表明对干旱的相似反应促进了西双版纳热带雨林群落榕树的共存。该研究首次提供了详细的功能基因组证据，以榕属植物为例，证明近缘种的共存可能与干旱和防御方面的功能基因分化有关。研究结果也证实了群落转录组学在帮助生物多样性维持机制探索方面的潜力。  

　　相关研究成果以Functional genomics and co-occurrence in a diverse tropical tree genus: The roles of drought- and defence-related genes为题，发表于生态学经典期刊Journal of Ecology上。版纳植物园森林生态系统结构、功能与动态研究组杨洁研究员为论文的第一作者，University of Notre Dame的Nathan Swenson教授为论文的通讯作者，数据分析得到了范欢博士的大力支持，曹敏研究员、王刚研究员和何云雲博士生参与了该项工作。该研究在数据采集和分析过程中得到了云南西双版纳森林生态系统国家野外科学观测研究站补蚌工作站的支持。该研究得到了国家留学基金管理委员会、国家自然科学基金中美联合项目、国家重点研发计划、中国科学院、云南省和版纳植物园“十四五”等项目的资助。  

　　图 1. 西双版纳热带雨林动态监测样地中13种榕树分布。  

　　图 2. 森林土壤湿度对干旱和防御基因NRI与NTI值分布模式的影响。