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?！?2月10日，國際知名期刊《自然-通訊》發(fā)表了福建農(nóng)林大學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家所關注。
小菜蛾與氣候適應性相關的遺傳變異分布 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上，用景觀基因組學方法和基因編輯技術等，預測和驗證了全球小菜蛾的氣候適生性?！庇让裆硎?，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，也為宏觀大數(shù)據(jù)分析和微觀基因功能驗證相結合，解析物種的環(huán)境適應性機制，提供了可借鑒的技術手段。
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)進行景觀基因組學分析，共鑒定到3648個潛在的氣候適應性位點。通過廣義不相似性模型建模，擬合氣候適應性位點與氣候變量之間的關系，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。
“了解氣候適應的遺傳基礎，對于預測物種對氣候變化的響應至關重要?！睋?jù)尤民生介紹，他們采用一種被稱為“遺傳補償”的指標，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環(huán)境的變化。預測在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。
為更準確地預測不同地理種群對氣候變化的響應，該團隊還構建了一種新的“生態(tài)-遺傳指數(shù)”，結合遺傳因素和生理因素，更好地預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）基因具有調控小菜蛾溫度適應性的功能，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金獲得者、福建農(nóng)林大學博士生陳燕婷（第一作者）和尤士駿副教授（通訊作者）。
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