欧洲稀有与常见木栖真菌种群基因组学比较研究:揭示物种保护与扩散机制

《Molecular Ecology》:Population Genomics of a Rare and a Common Wood–Inhabiting Fungal Species Across Europe

【字体: 时间:2026年02月07日 来源:Molecular Ecology 3.9

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  本研究通过种群基因组学方法,比较分析了欧洲稀有真菌Antrodiella citrinella与常见真菌Fomitopsis pinicola的遗传结构。研究发现稀有物种呈现弱种群分化(FST=0.0062),而常见物种存在西南-东北地理分化(FST=0.0313)。通过全基因组重测序(WGS)、单核苷酸多态性(SNP)分析和快速模拟 coalescent(Fastsimcoal2)模型,揭示了孢子大小差异(3-3.5μm vs 6-8.5μm)和宿主关系对种群结构的显著影响,为真菌保育策略提供了跨洲尺度的遗传学依据。

  
引言
欧洲森林生态系统在人类活动影响下发生剧烈变化,deadwood(枯木)减少导致木栖真菌多样性急剧下降。本研究以稀有柠檬黄孔菌(Antrodiella citrinella)和常见红带孔菌(Fomitopsis pinicola)为模型,通过跨13个国家149个样本的全基因组测序,探究其种群遗传结构形成机制。特别关注稀有物种是否因扩散限制或宿主依赖产生更强遗传分化。
材料与方法
研究采集125个A. citrinella和39个F. pinicola子实体,使用Illumina NovaSeq 6000平台进行全基因组重测序。通过BWA-MEM比对至新组装的A. citrinella参考基因组(33Mbp,BUSCO完整性98.7%)和F. pinicola参考基因组(46Mbp)。采用四重分析方法:sNMF算法进行群体结构分析(ADMIXTURE)、邻接树(Neighbor-joining)、主成分分析(PCA)和距离隔离(isolation by distance)检验。利用Fastsimcoal2进行种群历史推演,使用pixy计算核苷酸多样性(π)和分化指数(FST)。
稀有物种的种群遗传特征
A. citrinella在全欧洲尺度呈现极弱种群结构(K=1为最优模型)。虽然ADMIXTURE在K=2时显示芬兰样本有微弱分化倾向,但种群分化指数FST仅为0.0062,绝对核苷酸分化Dxy为0.0048。PCA双簇重叠度高,邻接树终端分支远长于内部支系,表明遗传变异主要存在于个体间而非地理群体间。种群历史模拟支持西南-东北种群近期分化(434代)且存在持续基因流(迁移率>0.009),有效种群大小(Ne)在西南群体为64,156,东北群体为32,181。核苷酸多样性π=0.0049,近交系数FIS=0.043,均显示该稀有物种仍保持较高遗传多样性。
常见物种的适度分化格局
F. pinicola呈现明确的西南-东北双簇结构(K=2)。PCA显示地理样本沿第一主轴分离,FST达0.0313为中度分化。距离隔离模式斜率显著陡于稀有物种(p<0.001),表明地理距离对遗传分化的贡献更强。demographic modeling显示两种可能情景:若突变率为10-7,最优模型为527代前分化后完全隔离;若突变率为10-8,则支持1,948代前分化伴持续基因流。西南群体有效规模(Ne=16,577)显著小于东北群体(Ne=55,690),可能反映南欧更强烈的森林利用历史。
环境关联与适应性进化
冗余分析(RDA)揭示气候变量解释44%的F. pinicola遗传变异,最暖季降水量(Bio18)和温度日较差(Bio2)为关键驱动因子。而A. citrinella仅38%变异由气候解释,等温性(Bio3)为主要关联因子。F. pinicola中与环境显著相关的SNP数量是稀有物种的2.3倍,提示常见物种可能经历更强的局部适应选择。
讨论与保育启示
研究颠覆了"稀有物种必然具有强种群结构"的传统认知。A. citrinella虽为濒危物种(IUCN红色名录),但其微小孢子尺寸(3-3.5μm)可能促进长距离扩散,抵消栖息地破碎化效应。而F. pinicola的适度分化可能源于:较大孢子(6-8.5μm)导致的扩散限制、与宿主挪威云杉(Picea abies)的协同迁徙历史,以及南欧更强烈的森林干扰。种群规模差异(A. citrinella全球记录仅2,500份,F. pinicola达13万份)并未导致近交衰退,两种真菌的FROH均接近零。
结论
本研究首次通过比较基因组学揭示木栖真菌种群结构形成的多因子驱动机制:孢子大小主导扩散能力,宿主关系塑造历史动态,气候梯度推动局部适应。建议保育策略应超越局地尺度,通过跨洲际的deadwood网络维持基因流动,尤其关注F. pinicola西南群体的遗传多样性保护。
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