生物多样性快速衰减受到全球的高度关注。亚洲热带雨林具有极高的生物多样性，是生物多样性保护的重点。高大壮观的龙脑香亚科植物以其巨大的体型著称（可高达100米，如望天树）（图1），是亚洲热带雨林的单一优势类群，支撑起亚洲热带雨林。然而，目前四分之三的龙脑香亚科物种面临绝灭风险，被列入IUCN红色名录。它们是如何适应热带环境成为优势物种，如今却又沦为濒危物种的呢？这成为国际上高度关心的科学问题。

图1 亚洲热带雨林冠层图（陈辉拍摄于中国云南）

华东师范大学生态与环境科学学院、Ⅳ类高峰学科“岛屿大气与生态”王嵘团队与国内外研究者合作，聚焦于龙脑香亚科植物，通过高质量参考基因组组装和种群基因组学分析，首次在基因组水平上揭示了这些植物适应热带雨林环境的分子基础及濒危原因，为这类物种的保护和恢复提供了科学依据。该研究成果以“Dipterocarpoidae genomics reveal their demography and adaptations to Asian rainforests”为题，于2024年2月23日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。

该研究对包括2个同源四倍体物种（坡垒与无翼坡垒）在内的7个龙脑香物种进行全基因组测序，将基因组组装至染色体水平。在此基础上结合已发表基因组分析龙脑香亚科的系统发育关系，龙脑香科植物与锦葵科的分化时间约为1.08亿年前（图2），分化后龙脑香亚科经历了一次全基因组复制事件，而坡垒和无翼坡垒又各自经历了一次全基因组复制。

图2 龙脑香亚科系统发育关系树

通过与温带树种比较，发现多个与环境适应相关的正选择基因，它们主要与DNA修复、异常mRNA降解、抗氧化等功能有关，有助于龙脑香物种在强烈紫外线、高温、频繁出现水分胁迫的热带环境中生存。同时，也发现龙脑香物种具有1个特有的抗病蛋白基因家族，可能与适应当地病原体有关。

更为重要的是，通过采集坡垒与无翼坡垒样本进行种群基因组分析，发现这2个物种的有效种群大小从约2000年前开始急剧下降，在如此短的时间内下降了至少3个数量级（图3）。这一结果表明人类干扰是导致龙脑香物种濒危的主要原因。因此，保护这类物种的关键是限制采伐、避免土地利用变化等。令人欣慰的是，相较于其他濒危植物，目前这2个物种基因组中积累的有害等位基因较少（图4），有利于这些物种的恢复。

图3 坡垒与无翼坡垒种群历史动态

图4 坡垒与无翼坡垒有害突变积累

这项研究由华东师范大学联合国内外12家单位30位学者共同完成。华东师范大学生态与环境科学学院（Ⅳ类高峰学科“岛屿大气与生态”）王嵘、刘超男、姜玉婷以及英国哈珀亚当斯大学Simon T. Segar、诺禾致源张凯健为第一作者，华东师范大学生态与环境科学学院（Ⅳ类高峰学科“岛屿大气与生态”）王嵘、陈小勇以及厦门大学张原野为通讯作者。合作者还包括上海辰山植物园、西双版纳热带植物园、西北工业大学、英国利兹大学、北京林业大学、广西植物研究所、海南大学、中国林业科学研究院等单位的学者。

本研究得到重点研发项目、国家自然科学基金以及华东师范大学生态+、英国哈珀亚当斯大学、上海市高峰学科的资助。

图文、来源 | Ⅳ类高峰学科“岛屿大气与生态”王嵘研究团队