研究进展

5月21日，应被子植物早期演化研究组与猕猴桃遗传改良与种质创新研究组邀请，加拿大不列颠哥伦比亚大学生物多样性研究中心主任Loren Rieseberg院士做客东湖讲坛，作了题为“Structural Variation as a Catalyst of Adaptation and Speciation: From Populations to Kingdoms”的学术报告。此次报告由科研处处长陈良主持。

Loren Rieseberg院士回顾了物种形成的历史难题。自达尔文时代以来，学界长期认为地理隔离是物种形成的必要前提，因为基因流与重组会不断同质化不同种群，抵消自然选择的分歧效应。然而，Rieseberg院士指出达尔文晚年已对此持有更为细致的观点，而现代基因组学证据进一步表明，同域或邻域物种形成远比二十世纪新达尔文综合论所承认的更为普遍。解决这一百五十年难题的关键机制在于染色体结构变异,尤其是大片段倒位,它们能在杂合子中抑制重组，从而保护局部适应性等位基因的连锁块不被基因流瓦解。

报告以北美向日葵沙丘生态型为典型案例，展示了倒位如何驱动适应性分化与生殖隔离。通过全基因组关联分析与野外互置实验，研究团队发现种子大小、开花时间、养分利用效率等适应性性状均映射到数个大型倒位单倍型区块上，且这些倒位几乎承载了种群间全部的遗传分化。尤为重要的是，Rieseberg院士提出这些大型倒位并非在种群内从头产生，而是通过种间基因渗入从近缘种引入；由于渗入来源的倒位单倍型分歧度极高，在减数分裂中几乎不发生交叉互换，因此不形成倒位环，也不会导致杂合子不育。这一发现破解了传统理论模型中“强杂合劣势阻碍倒位建立”的困境，解释了大型倒位何以在仅一万年的短时间尺度内迅速固定。

最后，Rieseberg院士介绍了跨真核生命之树研究，基于约1100个物种的基因组组装系统比较了动物与植物中倒位的分布规律。结果发现，虽然植物个体基因组中的倒位总数少于动物，但植物的大型倒位更为常见、分歧度更高且覆盖更多基因组区域，这与植物基因组中转座子富集区及着丝粒周围区域的结构特征密切相关。这一跨类群模式表明，倒位作为“理想的重组修饰因子”，为植物在基因流存在下实现局部适应与物种形成提供了普适性解决方案，同时也为理解达尔文与早期植物学家观察到的“植物物种形成对地理隔离依赖较弱”现象提供了基因组层面的深刻解释。

本次报告为我们理解物种形成的复杂机制提供了新的视角，强调了染色体结构变异在克服基因流阻碍中的重要作用。这项研究不仅加深了我们对生物多样性起源的认识，也为未来的进化生物学研究指明了方向。Rieseberg院士的精彩报告引发了与会者的热烈讨论，为武汉植物园的科研人员和学生提供了宝贵的学术交流机会。

Loren Rieseberg院士是加拿大不列颠哥伦比亚大学生物多样性研究中心主任，同时也是Molecular Ecology杂志的主编。作为美国国家科学院院士、英国皇家学会院士、加拿大皇家学会院士以及美国艺术与科学院院士，Loren Rieseberg院士在植物进化基因组学、物种形成与杂交渐渗、向日葵基因组学、作物野生近缘种利用及气候适应进化等领域做出了杰出贡献。他的研究成果发表在Nature, Science, Cell, PNAS等杂志，并获得多项殊荣：麦克阿瑟奖、古根汉奖、达尔文-华莱士奖章等。