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近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境實驗室、熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室和廣東省海洋遙感與大數據重點實驗室施平和唐世林團隊，揭示了南海風能和波浪能資源密度長期趨勢突變的季節與空間異質性特征及其驅動機理。成果以“The climatic mutation in the long-term trends of wind and wave energies in the south China sea”為題發表于能源領域國際知名期刊Energy。論文共同第一作者為碩士生童一峰和博士后孫唯一，共同通訊作者為副研究員李駿旻和助理研究員李博，合作者還包括助理工程師陳武陽、研究員李毅能、助理研究員李少鈿和研究員施平。風能和波浪能作為重要的海洋可再生清潔能源，在近岸及遠海島礁海域具有廣闊的應用前景。認識能源的時空分布及長期趨勢是資源開發價值評估和區域能源結構優化的關鍵。然而，以往研究多把能源的長期變化視作增長或減弱的單一趨勢。本研究基于ERA5再分析數據以及多個站位的浮標觀測資料，闡明了南海在1980-2024年間波浪能呈現全域增強、風能呈現北部增強/南部減弱、冬季增強/夏季減弱的總體變化趨勢。利用Mann-Kendall趨勢突變分析，識別出1995年與2005年是南海風能和波浪能長期趨勢的兩個關鍵突變點(圖1)：在1995年前后，夏季南部風能減弱和北部風能增強的趨勢均放緩，春季波浪能則從增強轉變為減弱趨勢；在2005年前后，冬季風能和波浪能增長趨勢均顯著加速。通過分析風、浪場變化與ENSO、PDO與AMO等主要氣候因子的關系，揭示了氣候變化通過調節季風強度與強風事件頻率，共同驅動了南海具有季節和區域差異特征的風、浪能趨勢突變過程。研究結果不僅可為南海可再生能源的布局和開發提供科學依據，而且對能源設施預警決策與運維優化模型的構建具有技術支撐意義。本研究得到國家自然科學基金區域創新發展聯合基金項目、廣東省基礎與應用基礎研究基金面上項目、中科院南海所基礎前沿與創新發展項目和熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室提升原始創新能力平臺項目等共同資助。相關論文信息：Tong,Y.1,Sun,W.1,Li,J.*,Chen,W.,Li,Y.,Li,B.*,Li,S.,Shi,P. (2025). The climatic mutation in the long-term trends of wind and wave energies in the South China Sea. Energy,340,139206. https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139206原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139206圖1 南海(左)風能和(右)波浪能趨勢突變年份的空間分布(1980-2024年);(a)全年、(b)春季、(c)夏季、(d)秋季、(e)冬季

2025-11-13

華南植物園聯合研究發現DoMYB75協調鐵皮石斛多糖和花青素生物合成的新機制

石斛屬（Dendrobium）是蘭科中物種最豐富的屬之一，其種類主要附生于樹干或扎根于巖壁。無論是哪種著生方式，它們都面臨著貧瘠且易旱的苛刻環境，這樣的生存挑戰塑造了石斛非凡的生態適應性，并驅動其演化出獨特的生存策略——其莖部特化為儲能器官，以甘露聚糖而非淀粉作為主要儲備多糖，同時積累花青素，形成強大的抗氧化系統。這一適應性特征對石斛在極端環境中的生存與繁衍至關重要。然而，它們抗脅迫的分子機制一直未被揭示。中國科學院華南植物園與福建農林大學合作，研究發現DoMYB75能直接結合甘露聚糖合成關鍵基因DoCSLAs的啟動子區域并激活其表達。抑制DoMYB75會降低水溶性多糖中的甘露糖和葡萄糖含量，并下調DoCSLAs表達；而過表達DoMYB75則顯著提升這些單糖水平并上調DoCSLAs表達。有趣的是，過表達DoMYB75的鐵皮石斛材料出現了花青素積累增強的現象。進一步機制解析表明，DoMYB75能通過直接結合并激活花青素合成關鍵基因DoANS基因啟動子來促進花青素合成。此外，研究發現過表達DoMYB75顯著提升了植株清除過氧化氫的能力，從而緩解了氧化損傷并增強了抗旱性。上述結果證明了DoMYB75通過協同調控多糖與花青素代謝，進而增強鐵皮石斛抗脅迫能力（圖）。相關研究成果以題為“DoMYB75 coordinately regulates polysaccharide and anthocyanin biosynthesis in Dendrobium officinale”發表在國際知名學術期刊Horticulture Research上。研究首次揭示了MYB轉錄因子DoMYB75協同調控鐵皮石斛甘露聚糖與花青素生物合成的分子機制，以及其在干旱脅迫中的作用，為石斛品種的精準選育及其適應機制的研究提供了關鍵基因資源與全新理論視角。中國科學院華南植物園何春梅副研究員為該論文的第一作者，段俊研究員和福建農林大學劉仲健教授為共同通訊作者，中國科學院華南植物園司燦博士、李守潔博士、戴光義博士和已畢業學生曾丹琦（福建農林大學講師）、張明澤（黔南民族師范學院）、陳璟、石鴻宇參與了研究工作。該研究得到了國家自然科學基金和廣東省重點領域研發計劃項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhaf291圖. DoMYB75協同調控鐵皮石斛多糖和花青素合成的工作模型

2025-11-17

華南植物園發現紅樹林樹干甲烷排放顯著抵消碳匯效益

紅樹林作為典型的“藍碳”生態系統之一，能夠高效吸收和固存大氣中的二氧化碳。然而，紅樹林生態系統也會釋放溫室氣體甲烷（CH4），其實際氣候增益效應可能因此受到削弱。長期以來，研究者主要關注來自土壤和水面的甲烷排放，而紅樹林樹干是否作為潛在的甲烷排放通道、以及其在全球碳匯核算中的貢獻，一直存在較大的認知空白。研究首次基于全球尺度的紅樹林樹干甲烷排放監測與模型推算，構建了目前最完整的紅樹林樹干甲烷排放數據庫。研究結合我國紅樹林多點長期原位監測數據、全球文獻數據集以及機器學習模型，對樹干甲烷排放的驅動機制及其碳匯抵消效應進行了系統評估。結果顯示，紅樹林樹干是重要且此前被低估的甲烷排放通道，其排放量與土壤排放呈強相關關系，說明樹干甲烷主要源自土壤中微生物的產甲烷過程，并通過樹體通氣組織向上輸送。實地測量和同位素證據表明，樹干在垂直方向上存在顯著遞減的排放模式，其中，樹干基部排放最為強烈。全球尺度上，研究估算紅樹林樹干每年釋放約 730.6 Gg CH4，可抵消約 16.9 % 的紅樹林沉積碳埋藏量；若與土壤甲烷排放共同考慮，甲烷排放將抵消紅樹林藍碳固存的約 27.5 %。這一結果意味著，僅以沉積碳埋藏量評估藍碳潛力可能顯著高估其氣候減排效益。該研究結果以“Mangrove sediment carbon burial offset by methane emissions from mangrove tree stems”為題發表在國際頂尖地球科學期刊Nature Geoscience（《自然·地球科學》，IF5=16.1）上。中科院華南植物園小良站覃國銘博士為第一作者，王法明研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院青年科學家基礎研究項目、廣東省基礎與應用基礎研究基金、南方海洋科學與工程廣東實驗室（珠海）等項目資助。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41561-025-01848-4圖. 全球紅樹林樹干與土壤界面甲烷排放量

2025-11-16

華南植物園揭示微生物網絡重組驅動長期增溫下微生物碳代謝的熱適應

土壤每年因微生物的分解作用向大氣排放約40-60 Pg的碳。氣候變暖預計將進一步刺激微生物對土壤有機碳的分解，導致正的碳-氣候反饋效應。然而，盡管已有大量關于增溫下微生物碳代謝特征及其對土壤有機碳分解影響的研究，但多基于短期實驗的觀測研究。人們對長期增溫影響下土壤微生物碳代謝的變化特征及其驅動機制了解有限，特別是在熱帶和亞熱帶森林中，這阻礙了對土壤碳-氣候反饋的準確預測。微生物碳利用效率（即微生物將底物碳用于自身生長的比例）對土壤碳積累至關重要，但其如何隨增溫持續時間而變化仍不清楚。基于此，中國科學院華南植物園鼎湖山站劉菊秀研究員團隊基于在鼎湖山建立并連續運行十余年的野外生態系統水平增溫平臺（+0°C、+1.0°C、+2.1°C），開展了南亞熱帶森林土壤微生物碳代謝對長期增溫的響應與適應機制研究。研究發現，增溫10年后，微生物碳利用效率與溫度呈正相關，這與以往預期的碳利用效率隨溫度升高而下降的趨勢相反，說明微生物碳代謝在長期增溫下發生了調整。這種轉變并非由微生物多樣性的變化以及底物碳有效性驅動，而是由微生物群落向更穩定的網絡結構重組所致（圖）。這些網絡主要由生長緩慢但高效的微生物（K策略微生物）組成，從而增強了微生物代謝的熱適應能力。最終，微生物的呼吸作用和生長恢復到與未升溫土壤相當的水平，部分抵消了最初的碳損失。這與先前溫帶森林中的僅土壤增溫實驗觀測結果不同。該研究對于提高南亞熱帶森林土壤碳-氣候反饋預測的準確性具有重要意義。盡管近年來微生物碳利用越來越多地被納入許多模型中，但它通常被限制在一個固定值或特定范圍內，而不受微生物生理和生態過程的約束。該研究強調，地球系統模型需包含微生物相互作用的信息，以約束微生物碳利用效率隨增溫持續時間的動態變化。然而需要注意的是，盡管研究表明亞熱帶森林土壤對增溫具有一定的自我緩沖能力，但這種能力并不是無限的。在更劇烈的增溫下，微生物的這種自我調整能力可能被削弱甚至喪失。因此，研究強調維持低碳排放的努力不能松懈。該研究是對增溫實驗平臺先前觀察到亞熱帶森林土壤有機碳對增溫的時間變異性響應的進一步機制驗證（https://doi.org/10.1111/gcb.17072；https://www.cell.com/one-earth/abstract/S2590-3322(25)00291-X）。相關研究成果以”Robust microbial interactions,not diversity,dominate metabolic thermal adjustment following decadal warming in a subtropical forest”為題，發表在學術期刊Science Advances（《科學進展》，IF5-years=14.1）上。中國科學院華南植物園鼎湖山站博士后劉旭軍和周曙仡聃副研究員為論文的共同第一作者，閆俊華研究員、劉菊秀研究員和美國密歇根大學Peter B. Reich院士為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學基金、廣東省重點項目、廣東省科技計劃和中國博士后科學基金的支持。論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3747圖.長期增溫下土壤微生物碳代謝熱調整的驅動機制

2025-11-16

亞熱帶生態所?|?多營養級生物多樣性提升土壤磷活化的機制取得新進展

中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站王克林研究員團隊在多營養級生物多樣性提升土壤磷活化的機制取得新進展，相關研究成果以Multitrophic biodiversity drives soil phosphorus mobilization in subtropical ecosystems為題在線發表于國際綜合性期刊Journal of Advanced Research，趙杰研究員為論文通訊作者，廖雄輝助理研究員為第一作者。中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站王克林研究員團隊在多營養級生物多樣性提升土壤磷活化的機制取得新進展，相關研究成果以Multitrophic biodiversity drives soil phosphorus mobilization in subtropical ecosystems為題在線發表于國際綜合性期刊Journal of Advanced Research，趙杰研究員為論文通訊作者，廖雄輝助理研究員為第一作者。亞熱帶地區農田和森林生態系統磷限制嚴重，不利于農業可持續發展和森林生態系統結構與功能的穩定。植物和解磷細菌是土壤磷活化的關鍵驅動者，其磷活化能力受氣候因子、土地利用類型、巖性特征以及高營養級生物的影響。前人研究主要聚焦于單一非生物或生物因子對土壤磷有效性的影響，尚未系統闡明不同水熱與巖性條件下多營養級生物對磷限制的適應機制。研究團隊在中國西南亞熱帶地區建立了一個不同巖性（碳酸鹽巖（喀斯特） vs. 碎屑巖（非喀斯特））的南北樣帶，探究耕地向森林演替過程中，多營養級生物多樣性（multitrophic biodiversity）和多營養級相互作用（multitrophic interactions）如何影響土壤磷活化功能。研究發現，無論是喀斯特農田還是非喀斯特農田，長期施肥增加了土壤中等活性和穩定磷組分的積累，削弱了生物磷活化能力。耕地轉變為森林后，喀斯特土壤活性磷組分增加了43.8%，中等活性磷和穩定磷組分分別減少了79.1%和36.6%，而非喀斯特土壤中等活性磷和穩定磷組分分別減少了62.6%和34.8%。喀斯特區多營養級生物多樣性和磷活化能力高于非喀斯特區。溫度升高會增強多營養級生物對森林土壤磷活化能力的正向級聯調控。喀斯特森林恢復重建通過增強解磷細菌-菌根植物-線蟲的級聯關系，促進了土壤磷生物活化-吸收的協同提升，降低了高鈣/鎂環境下的磷沉淀固定作用，從而緩解了磷限制。然而，喀斯特生態系統脆弱，人為干擾（如耕作和毀林）極易造成物種喪失并削弱多營養級生物間相互依存的關系。同時，農田磷素管理應減少磷肥投入，增強土壤殘留磷的生物活化，遵循“促活化，增吸收”的綠色可持續發展理念。該成果對緩解喀斯特生態系統磷限制、促進植被可持續恢復具有重要參考價值。論文鏈接不同巖性條件下多營養級生物對磷限制的適應機制

2025-11-16

南海海洋所?|?海龍科物種“雄性懷孕”策略的發生與演化機制獲新認知

近日，中國科學院南海海洋研究所林強研究員團隊聯合德國康斯坦茨大學等機構在海龍科魚類“雄性懷孕”的適應進化與分子調控機制取得突破性進展，相關研究成果以 “Cellular and molecular mechanisms of male pregnancy in seahorses” 為題發表于國際著名期刊Nature Ecology & Evolution。中國科學院南海海洋研究所副研究員劉雅莉和博士后姜韓等為本文的共同第一作者，南海海洋所研究員林強和康斯坦茨大學教授Axel Meyer等為共同通訊作者。在生命起源與多樣性演化歷程中，繁育后代在傳統上一直被定義為雌性個體的生命本職。然而，海龍科物種（Syngnathidae）卻打破了這一生物演化的常規，成為脊椎動物中唯一具有“雄性懷孕”繁殖策略的類群；其雄性個體通過特有的育兒袋（brood pouch）器官為胚胎提供氧氣和營養輸送、免疫防護及滲透壓調節等功能（Lin et al.,Nature,2016）（圖1）。同時，研究團隊前期研究表明海龍科育兒袋在結構與功能上與哺乳動物子宮表現出明顯的趨同進化特征（Zhang et al.,National Science Review,2021;Liu et al.,Nature Communications,2022）；且海龍科物種的育兒袋在進化過程中出現了多種形式，如開放、半開放和封閉等模式（Qu et al.,Science Advances,2021）。然而，該類群作為自然界獨一無二的“孕父”，其以何種方式在截然不同的生命演化譜系中“重現”了胎盤功能？而脊椎動物由“卵生”到“胎生”的自然選擇規律如何？又是何種分子信號主導了這場獨特的繁殖演化進程？這一系列疑問一直是長期以來學界關注的焦點問題。圖1?正在分娩的雄性海馬（Hippocampus spp.）（拍攝者：張競功）為了深入探究海龍科物種育兒袋發生及其懷孕過程的遺傳與細胞學調控機制，研究團隊以海馬和海龍為研究材料，通過整合單細胞RNA測序（scRNA-seq）、單細胞染色質可及性測序（scATAC-seq）及空間轉錄組等多組學手段，繪制了海馬育兒袋7個發育時期的細胞學動態變化圖譜，發現了一類具有干細胞潛能的“育兒袋上皮祖細胞（BEPCs）”。這些細胞在發育過程中與膠原蛋白基因協同表達，并受雄激素信號強烈調控。同步，該研究通過動態網絡生物標志物分析及在體實驗，證實雄激素處理的雌性海馬可發育出雄性特有的育兒袋。據此，本研究首次提出了雄激素受體及其調控的育兒袋上皮祖細胞是激活育兒袋器官形成的關鍵開關（圖2）。圖2?雄激素誘導海馬育兒袋發生的細胞及遺傳調控機制研究進一步發現，為順利實現“雄性懷孕”，海馬育兒袋內皮層在妊娠初期會顯著增厚，形成類似哺乳動物胎盤的“胎盤”結構，能夠為胚胎輸送氧氣、營養物質并進行滲透壓調節。本研究首次發現海馬懷孕過程中出現了一類特殊的細胞群體—類滋養層細胞（trophoblast-like cells），其基因表達及功能特性與哺乳動物胎盤滋養層細胞高度相似，闡明其在細胞層面與胎生哺乳動物子宮的趨同演化。研究還發現海馬特異進化出的 sp-chia 與 pastn 基因在類胎盤形成中起關鍵調控作用。此外，本研究首次提出海馬存在一種全新的“非foxp3基因依賴性”的免疫耐受繁殖策略，揭示了“雄性懷孕”背后的獨特免疫調控機制（圖3）。圖3?海馬育兒袋類滋養層細胞和新基因共同驅動胎盤的形成本研究基于跨物種比較基因組學及單細胞多組學聯合分析，系統揭示了海龍科多物種的育兒袋演化軌跡，明確了海馬育兒袋與哺乳動物子宮在遺傳與細胞層面的同源性。研究發現，其演化起點可能源于一類特化的表皮細胞，該類細胞使粘性卵得以附著于雄性特化皮膚表面并完成受精，并通過進一步招募一類功能同源的細胞群（表達如MHCIIs、mgat3及nucb2等直系同源基因），協同演化出海龍科物種特異的新基因（如pastns與syn-lectins），最終共同驅動了育兒袋結構復雜化和功能多樣性（圖4）。圖4?跨物種比較揭示“雄性懷孕”的遺傳與細胞學進化規律綜上，本研究聚焦動物界中從卵生到胎生這一關鍵繁殖策略的演變過程與規律，從基因組學、遺傳學及細胞生物學層面系統揭示了自然界中“雄性懷孕”獨特性狀形成過程中的演化規律和分子調控機制。相關結果提出了脊椎動物繁殖演化規律的新認知，為深度解析海洋生命多樣化繁殖策略提供了新的理論框架。上述研究工作由國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目共同資助完成。中國科學院生物化學與細胞生物學研究所陳洛南研究員團隊、南方醫科大學畢恩廣教授團隊、中國科學院昆明動物研究所呂雪梅研究員團隊參與本研究工作。相關論文信息：Liu YL#,Jiang H#,Miao YX#,Zhao WL#,Schneider R,Yin LD,Yu XY,Yu HY,Lu XM,Bi EG,Chen LN*,Meyer A*,Lin Q*. Cellular and molecular mechanisms of seahorse male pregnancy. Nature Ecology & Evolution (2025). https://doi.org/10.1038/s41559-025-02883-5原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41559-025-02883-5

2025-11-11

南海海洋所?|?新方法揭示大震如何“培育”海嘯地震，為俯沖帶災害評估提供新工具

中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室、邊緣海與大洋地質實驗室（OMG）邱強研究員團隊，聯合美國新墨西哥大學、新加坡南洋理工大學、中山大學、南方科技大學等機構，在俯沖帶地震孕震機理研究方向取得突破性進展。團隊開發出一種“兩步法”混合建模框架，完整揭示了印度尼西亞2007年蘇門答臘明古魯8.4級大地震如何通過三年震后蠕滑，準確“孵化”出2010年明打威7.8級海嘯地震，為俯沖帶淺部地震海嘯災害評估提供了新工具。該成果近日發表于《自然》旗下期刊?Communications Earth & Environment?（《通訊-地球與環境》）。南海海洋所邱強為論文第一作者兼通訊作者。全球最大的地震和海嘯往往發生在俯沖帶海溝附近的巨型逆沖斷層淺部。然而，受限于海底近場觀測的缺乏和模型分辨率的不足,傳統模型難以判斷該段未來是“安全蠕滑”還是“危險破裂”，從而使俯沖帶淺部成為海嘯預警的“盲區”。團隊將正演模擬與卡曼濾波反演方法耦合，形成“兩步法”震后模擬混合框架：第一步正演法，利用正演模擬方法，獲取斷層面蠕滑分布以及地幔粘性形變的時空分布特征；第二步反演法，將正演獲得的蠕滑和粘性形變作為卡曼濾波的輸入，進而利用大量地表形變測量數據（例如，GNSS,InSAR等）的約束完成輸入模型的提升，輸出的模型最終能更好地解釋測量數據。該方法充分利用正演和反演各自的優勢，顯著提升了對斷層震后蠕滑、地幔粘彈性松弛及其力學性質的辨析能力。模型清晰再現2007—2010年間斷層蠕滑演化（圖1）：2010年破裂區域深部（約5–10千米）為“速度強化”區，且在2007地震后持續蠕滑，累積滑動達0.4-0.8米；蠕滑向上擴展，持續加載上方海溝處約5千米深部內的“速度弱化”區，三年后使其庫侖應力增加達到0.2 bar，超過地震觸發通用閾值（0.1 bar），很可能最終導致2010年10月25日斷層淺部突發7.8級海嘯地震，產生超過8米滑動，觸發襲擊Pagai群島超過11米的海浪，最大爬高約17米。研究首次從物理機制層面描繪“大震—震后蠕滑—淺部破裂—海嘯”完整災害鏈，提出深部蠕滑可作為海嘯地震的“早期信號”。該框架可移植至阿留申-阿拉斯加、墨西哥、北智利等全球其它俯沖帶，全面評估大地震后周邊“地震空區”被深部蠕滑“加載”的速度與程度，提前數年至數十年識別潛在海嘯地震高危區，為沿海防災、國土空間規劃提供量化依據。研究獲中國-巴基斯坦地球科學研究中心、廣東省重大人才工程項目、國家基金面上基金、廣東省引進人才創新創業-大數據-數學地球科學與極端地質事件團隊、南方海洋科學與工程創新團隊珠海實驗室等項目資助。文章信息：Qiu Qiang,Lindsey Eric,Feng Lujia,Li Linlin,Zhang Peizhen,Lin Jian.?Tsunamigenic earthquake at the Sunda trench promoted by aseismic slip after a previous megathrust event.?Commun Earth Environ?6,888 (2025). https://doi.org/10.1038/s43247-025-02873-2原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02873-2?圖1?印度洋東部蘇門答臘俯沖帶斷層面摩擦參數分布特征控制該區域地震破裂行為。

2025-11-12

JIPB |?封面故事：華南植物園揭示生物與非生物多因素協同促進蜘蛛抱蛋屬（天門冬科）的快速輻射

解析全球生物多樣性在不同時空尺度上的形成機制是當前進化生物學中的重大科學問題之一，其核心是要揭示物種快速分化的驅動力。當前，主要有兩種觀點分別從生物與非生物因素方面來闡述物種快速分化的驅動機制。“宮廷小丑”模型（Court Jester model）認為非生物因素（如氣候波動、造山運動等）對大尺度的物種分化起主導作用，而“紅皇后”模型（Red Queen model）則認為生物因素（如性狀創新、生物間相互作用等）是促進物種快速分化的主要驅動力。但毫無疑問，在生命的長河中，生物的宏演化是受到了多種生物和非生物因素的共同作用。然而，以往的研究絕大多數往往僅聚焦在某一個或一類因素方面，尤其忽視了多種因素之間的協同作用，即多種非生物與生物因素通過時空耦合共同塑造多樣化格局。蜘蛛抱蛋屬（Aspidistra；又稱為一葉蘭）是單子葉植物天門冬科（Asparagaceae）的一個大屬。當前，該屬中已發表了超過200個物種，主要分布在亞洲的熱帶、亞熱地區，尤其是中越邊境的喀斯特石灰巖地區是其物種多樣性的中心。這個屬除了具有豐富的物種多樣性之外，其物種的地理分布式樣和花形態多樣性也呈現出顯著的特點，如廣泛的鄰域及同域分布，豐富的柱頭擬態性狀。蜘蛛抱蛋屬的這種地理分布模式一方面預示著生態物種形成的普遍存在，另一方面也暗示著物種間的競爭對其分化具有重要作用。另外，蜘蛛抱蛋屬極其豐富的花性狀多樣性也間接地反映了傳粉者選擇對該屬物種分化的作用；尤其是，其與蕈蚊的傳粉—哺育互利共生關系可以快速地促進雙方的快速分化。由此可見，蜘蛛抱蛋屬的物種分化可能受到多方面的生物與非生物因素的影響，但當前人們對該屬進化歷史的認識還知之甚少。科研團隊通過對123種蜘蛛抱蛋屬物種進行了簡化基因組測序，并重建該屬迄今取樣最多、分辨率最高的系統發育樹。基于該穩健的系統發育框架，研究團隊估算了該屬的分化時間，并基于多種方法分析了該屬物種形成速率演化動態。結果顯示蜘蛛抱蛋屬為一個年輕的類群，其起源于中新世和上新世的邊界期（5.49 Ma；95% HPD: 3.8–7.57 Ma），在上新世暖期（Mid Piacenzian Warm Period;2.6–3.6 Ma）其物種分化速率顯著加快，達到2.27個物種/百萬年（圖2a）。這一物種形成速率超過舊世界植物區系中所有已報道的物種形成速率。這也預示著蜘蛛抱蛋屬代表著舊世界植物區系中物種分化速率最快的類群之一。研究團隊進一步利用多種統計模型解析了蜘蛛抱蛋屬物種快速分化的驅動力，發現包括古溫度、東亞季風變化、物種競爭及傳粉共生等多種生物與非生物因素可以同時獨立又協同地促進蜘蛛抱蛋屬的物種形成及快速輻射（圖1-b,c）。?圖1.?多種生物與非生物因素協同作用于蜘蛛抱蛋屬的物種分化 ?圖2.?JIPB第67卷11期的封面中國科學院華南植物園康明研究員團隊和廣西壯族自治區中國科學院廣西植物研究所林春蕊研究員等合作研究成果以題為“The interplay of abiotic and biotic factors likely drove one of the fastest plant radiations from tropical-subtropical Asia”近期發表在國際學術期刊Journal of Integrative Plant Biology (JIPB)（《植物學報》）?上。該研究為理解植物物種快速分化提供了新的見解，并被選為期刊當期封面故事（圖2）。中國科學院華南植物園楊麗華博士為論文的第一作者，康明研究員和廣西植物研究所林春蕊研究員為論文共同通信作者。法國國家科學研究中心蒙彼利埃進化科學研究所Fabien L. Condamine研究員和廣西壯族自治區中國科學院廣西植物研究所劉演研究員參與了論文的指導工作。該研究得到了廣東省基礎與應用基礎旗艦項目、中國科學院戰略生物資源計劃項目和國家自然科學基金項目的資助。文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.70031

2025-11-12

華南植物園揭示巨型Y染色體和植物性別決定機制的演化

有性繁殖是生命世界的主流。與高等動物性別相對固定不同，植物的“性別表現”可謂花樣百出。然而，為了最大限度地促進不同個體間的雜交，避免“近親結婚”，一些植物演化出了與動物類似的雌雄單性的策略—即一株植物只開雌花，另一株只開雄花。雖然這類植物在種類上不算多數，但它們卻廣泛分布在超過一半的被子植物科中，說明這種策略在演化史上獨立發生了許多次。近十年來，隨著基因測序技術的飛速發展，科學家們得以深入解析許多植物的性別決定機制和性染色體演化。植物的性別決定方式主要有三種：XY型、ZW型和UV型。其中，XY型最為常見。顧名思義，雄性個體攜帶X和Y兩種不同的性染色體，而雌性則有兩條X染色體。在植物中，XY型性染色體的形成可以經歷三種主要途徑（圖1-A）：同型性染色體階段—X和Y染色體仍很相似，大部分區域可以自由重組；異型性染色體階段，Y染色體可能因為長期缺乏重組而積累突變、重復序列或轉座元件，并且發生基因丟失，最終變得巨大或退化。在石竹科的蠅子草屬（Silene）植物中，科學家詳細研究了巨型Y染色體的起源與演化。以Silene latifolia為例，它的Y染色體約有5.1億堿基（510 Mb），比許多植物整個基因組還大。研究發現，該物種的X和Y染色體之間的重組抑制并非一次發生，而是逐步形成，就像地質學中的地層一樣，留下了清晰的“演化層”。根據同源基因的比較，三個演化層的分化時間分別約為1180萬年、540萬年和440萬年前。在最古老的一層中，Y染色體上超過70%的基因已經丟失，而靠近假常染色體區域（PAR）的基因則保存得較好。經典模型認為，植物性別的形成通常需要兩個關鍵突變：一個突變促進雄蕊發育（雄性功能）；另一個突變抑制雌蕊發育（雌性功能）。在Silene latifolia中，科學家找到了與這兩個功能相對應的候選基因—SlCLV3（雌蕊抑制因子）和TWD1等（雄蕊促進因子）。這證實了“兩次突變模型”在植物雌雄異株形成中的合理性。基于這些發現，科學家提出了Silene latifolia?Y染色體逐步演化的模型（圖1-B）：最初，性別決定基因和某些相關基因都位于一個普通的染色體上，還能自由交換基因。為了將有利的基因組合“捆綁”在一起，自然選擇首先“凍結”了核心區域（演化層S1）的基因交流。隨后，這種“凍結”效應像漣漪一樣向外擴張，每一次擴張都伴隨著染色體結構的重排。每一個新形成的“演化層”都開始顯現退化的跡象：轉座元件大量堆積、有用基因逐漸丟失、重復序列不斷擴張，最終塑造了我們今天看到的龐大而復雜的Y染色體結構（見圖1-B）。植物性染色體的研究已達到與動物系統相當的精細水平。科學家們越來越認識到，性染色體的演化并非單一模式，而是一個由多種途徑、不同時間尺度和復雜機制共同塑造的動態過程。在這其中，仍有若干關鍵問題尚待解決。（1）基因劑量補償問題：在動物中，通常存在平衡性染色體基因表達的機制，但在植物中，這種補償機制是否普遍存在仍不清楚。（2）性別拮抗選擇的證據缺乏：在理論上，性別相關基因之間的“沖突”被認為推動了重組抑制的產生，但植物中的直接證據十分有限。（3）XY與ZW系統的演化偏向：被子植物中既有雄性異配型（XY）也有雌性異配型（ZW），但為何某些譜系偏向某一種系統，仍是一個謎。未來，隨著更多植物物種的基因組被測序，研究者將進一步揭示植物性別決定和性染色體的演化規律。這不僅有助于我們更深入地理解生命多樣性的起源，也將為關鍵農作物的育種和氣候變化下物種存續提供新的啟示。相關研究結果以“Understanding the evolution of giant Y chromosomes and sex determination mechanisms in plants”?為題，作為評論文章發表在學術期刊Science China. Life Science（《中國科學：生命科學》）上。中國科學院華南植物園袁帥副研究員為論文第一作者，袁帥副研究員和羅世孝研究員為論文共同通訊作者。文章鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11427-025-3080-2圖1. XY系統中Y染色體的演化路徑，包括巨型Y染色體形成途徑。（A）Y染色體的三種廣義演化路徑；（B）Silene latifolia 巨型Y染色體形成過程示意圖。

2025-11-12

華南植物園揭示專性互惠關系宏觀演化可持續的維持機制

在專性傳粉-寄生系統中，動植物生活史緊密關聯，二者之間存在高度特化的互作關系，即一種植物依賴特定的一種動物傳粉，同時該動物以植物作為唯一寄主。而在群落尺度上，動植物互作呈現出模塊化的網絡結構。這種極端特化的生物互作關系通常被認為是脆弱且易滅絕的，但專性傳粉-寄生系統在長期的演化歷程中仍然保持可持續存在，其內部的維持機制仍缺乏檢驗。中國科學院華南植物園羅世孝研究員團隊以協同演化的專性傳粉-種子寄生系統葉下珠-葉下珠蛾（leafflowers–leafflower moths）為研究對象，在不同地理尺度上針對熱帶和亞熱帶地區的三個大陸群落和五個海島群落中算盤子屬植物與葉下珠蛾（頭細蛾）的互作模式進行比較研究，揭示了專性互惠關系維持的宏觀機制。主要結果為：（1）局部和區域尺度下，動植物之間均存在顯著的交互特化關系；（2）大陸群落中動植物互作網絡呈現出顯著的模塊化，但海島群落互作網絡的模塊化屬性存在變異；（3）局部尺度的動植物互作網絡不存在嵌套，但區域尺度下的互作網絡呈現出顯著的嵌套性，這種嵌套性主要是由物種水平的寄主遷移所導致的。這種宏觀尺度下的嵌套促進了專性互惠關系在長期演化過程中的可持續性。研究成果以“Network structure variation across scales offers clues to the macroevolutionary persistence of specialized mutualisms”為題在線發表于英國皇家學會的旗艦刊物Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences（《英國皇家學會學報 B：生物科學》，自然指數期刊，生物和進化領域top期刊）中國科學院華南植物園已畢業碩士張連婕為論文第一作者，羅世孝研究員為通訊作者，園外合作副導師David H. Hembry（James Madison University）為共同第一作者和共同通訊。中國科學院華南植物園助理研究員郝凱，博士生孫啟林，已畢業碩士吳有恒、劉婷婷，以及華南農業大學副教授姚綱為共同作者。該工作得到國家自然科學基金的資助。文章鏈接：https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2025.0926圖1. 該研究的八個研究地點，包括三個大陸群落和五個海島群落。圖2. 大陸和海島群落的算盤子屬Glochidion植物多樣性圖3. 不同地理尺度下的葉下珠（算盤子屬）與葉下珠蛾（頭細蛾）的互作網絡

2025-11-12

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