Генетическая устойчивость и адаптация исчезающего китайского фундука

Исчезающие виды часто характеризуются резким сокращением популяции или даже близким к вымиранию статусом в своей демографической истории. Такие угрозы обычно вызваны историческими изменениями климата и деятельностью человека.

Для небольших изолированных популяций генетический дрейф может привести к инбредной депрессии, эрозии генетического разнообразия и накоплению вредных мутаций, что снижает адаптивный потенциал и повышает риск вымирания при столкновении с изменчивыми условиями среды. Выяснение демографической истории угрожаемых видов и влияния геномной эрозии на их статус — основа для эффективного управления и сохранения.

Corylus chinensis (CCH), китайский фундук, был широко распространён в Азии в третичный период. Однако сейчас он находится под угрозой исчезновения и встречается лишь фрагментарно в средне-высокогорьях субтропического Китая. Его генетические характеристики, демографическая история и адаптивный потенциал оставались в значительной степени неизвестными.

Для решения этой задачи группа исследователей из Китая впервые создала геном C. chinensis на уровне хромосом, провела геномное и консервационно-геномное исследование и сравнила геномные признаки коллапса популяции, локальной адаптации и генетического восстановления с его симпатрическим широко распространённым комплексом C. kwechowensis–C. yunnanensis (CKY).

Исследование опубликовано в журнале Plant Diversity.

«Мы обнаружили крупные перестройки генома у всех видов Corylus и идентифицировали специфичные для C. chinensis расширенные семейства генов, которые могут быть вовлечены в адаптацию», — говорит соавтор Чжаошань Ван. «Популяционная геномика показала, что как CCH, так и CKY дивергировали на две генетические линии, сформировав единую картину юго-западного и северного разделения (SW vs. N)».

В частности, демографические реконструкции показали, что численность популяций узких юго-западных линий (CCH_SW и CKY_SW) непрерывно снижалась с позднего миоцена, в то время как широко распространённые северные линии оставались стабильными (CCH_N) или даже восстанавливались (CKY_N) после популяционных «бутылочных горлышек» в четвертичный период.

По сравнению с CKY, CCH показал сопоставимое геномное разнообразие и гетерозиготность, но более высокий уровень инбридинга, измеренный по протяжённым гомозиготным участкам (runs of homozygosity). Однако CCH нёс значительно меньше вредных мутаций, чем CKY, поскольку более эффективный очищающий отбор (purging selection) снижал накопление гомозиготных вариантов.

«Мы также обнаружили значимые сигналы позитивного отбора и адаптивной интрогрессии в разных линиях, что способствовало накоплению благоприятных вариантов и формированию локальной адаптации. Таким образом, оба типа отбора и экзогенная интрогрессия могли смягчить инбридинг и способствовать выживанию и устойчивости перекрёстноопыляемого CCH», — добавляет Ван.

В целом, исследование даёт ключевое понимание дифференциации линий, локальной адаптации и потенциала для будущего восстановления исчезающих деревьев.