栗樹在美國文化中扮演重要角色，既是經(jīng)濟(jì)作物和食品資源的重要來源，也象征著堅韌與復(fù)蘇精神。比如至今，美國很多地名（如街道）還在以“栗樹”命名。不過，20世紀(jì)初，栗疫病（由真菌引起的疾病）在北美栗樹種群中造成了巨大破壞，導(dǎo)致數(shù)十億棵栗樹死亡。這種疾病使得栗樹無法繁殖、遷移或適應(yīng)氣候變化，對其種群產(chǎn)生了長期的影響。

“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，美國弗吉尼亞理工大學(xué)自然資源與環(huán)境學(xué)院的研究人員與美國栗樹基金會合作，2024年7月22日在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表了一項重要研究成果。該研究通過對美國東部阿巴拉契亞山脈范圍內(nèi)的美國栗樹（American chestnut）進(jìn)行基因組分析，揭示了該物種對不同環(huán)境條件的遺傳適應(yīng)性，并為恢復(fù)該物種種群和調(diào)整育種策略提供了重要指導(dǎo)。


上圖：前景中是一棵美國栗樹。圖片來源：美國栗樹基金會

美國栗樹曾是阿巴拉契亞山脈地區(qū)重要的生態(tài)組成部分，為當(dāng)?shù)氐纳稚鷳B(tài)系統(tǒng)提供了重要的食物來源和棲息地。然而，20世紀(jì)初，一種致命的真菌病害——栗疫病（Cryphonectria parasitica）席卷了整個美國東部，導(dǎo)致數(shù)十億棵美國栗樹死亡，該物種的野生種群數(shù)量急劇下降，幾近滅絕。具體來說，這場災(zāi)難性的疫病導(dǎo)致數(shù)十億棵栗樹死亡，留下的大部分個體僅為樹冠基部的萌芽，很少能夠在遭受疫病侵襲前長大成樹，使得栗樹在野外幾乎已經(jīng)功能性滅絕。盡管如此，約有4億棵栗樹個體仍分布在其原生地區(qū)域，但缺乏廣泛的自然繁殖使得其種群持續(xù)面臨威脅。

為了恢復(fù)美國栗樹種群，美國栗樹基金會（TACF）開展了長達(dá)40年的育種工作，培育出了一系列抗病害的轉(zhuǎn)基因栗樹。TACF通過把美國栗樹與中國板栗樹（Castanea mollissima）雜交、并將后代回交到美國栗樹中，同時在“美國栗樹研究與恢復(fù)項目”（ACRRP）中嘗試插入氧化物氧化酶（OxO）基因，研發(fā)出了更耐病的栗樹品種，希望能廣泛用于恢復(fù)栽植。但是，對于這些基因改良品種，由于缺乏足夠的遺傳和適應(yīng)多樣性，采取雜交策略以增加種群數(shù)量，并確保其在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下生長的適應(yīng)性，顯得尤為關(guān)鍵。雖然通過后代回交育種計劃已經(jīng)引入了部分野生栗樹的適應(yīng)性變異，但這些品種中適應(yīng)性變異的真正程度尚不為人所知。



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將野生適應(yīng)多樣性引入回交育種種群中至關(guān)重要，因為這可以幫助增強(qiáng)栗樹在不同環(huán)境下的生存能力和適應(yīng)性。通過引入野生栗樹的適應(yīng)性變異，可以擴(kuò)大基因池，增加抗病性和氣候適應(yīng)性，從而提高栗樹在未來面臨的各種挑戰(zhàn)中的生存成功率。

為了更好地了解美國栗樹的遺傳多樣性，美國弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員與美國栗樹基金會合作，對來自阿巴拉契亞山脈不同地區(qū)的美國栗樹進(jìn)行了基因組測序。研究結(jié)果表明，美國栗樹對不同環(huán)境條件表現(xiàn)出顯著的遺傳適應(yīng)性。例如，來自北部地區(qū)的栗樹基因組中含有更多的與耐寒相關(guān)的基因，而來自南部地區(qū)的栗樹基因組中則含有更多的與耐熱相關(guān)的基因。

該研究成果為美國栗樹的恢復(fù)和育種提供了重要的科學(xué)依據(jù)。研究人員建議，美國栗樹基金會在未來的恢復(fù)工作中應(yīng)充分考慮栗樹的遺傳適應(yīng)多樣性，根據(jù)不同地區(qū)的環(huán)境條件選擇合適的栗樹種群進(jìn)行種植。此外，研究人員還建議在育種過程中應(yīng)注意保護(hù)栗樹的遺傳多樣性，避免因過度育種而降低該物種的適應(yīng)能力。

這項研究為恢復(fù)和保護(hù)生物多樣性提供了寶貴的經(jīng)驗，同時也為應(yīng)對氣候變化等環(huán)境挑戰(zhàn)提供了重要的參考。

海洋與濕地·小百科

栗疫病（Cryphonectria parasitica）是一種由真菌引起的疾病，主要侵害栗樹。這種真菌是引起歐洲栗樹（Castanea sativa）和美洲栗樹（Castanea dentata）等栗樹種類的重要病原體之一。栗疫病的病原真菌會侵入栗樹的表皮組織，導(dǎo)致樹皮潰爛、樹干腐朽，最終導(dǎo)致樹木死亡。這種病害對于栗樹種植業(yè)具有嚴(yán)重的破壞性，曾經(jīng)在20世紀(jì)初對北美的美洲栗樹種群造成了極大的破壞，引起了被稱為“栗樹大滅絕”的事件。為了對抗栗疫病，科學(xué)家們進(jìn)行了大量研究，包括開發(fā)抗病品種和嘗試生物防治方法。

適應(yīng)多樣性（Adaptive Diversity）是指在自然環(huán)境中，不同個體或種群通過遺傳變異適應(yīng)不同的生態(tài)條件和壓力的能力。這種多樣性使得物種能夠在面對環(huán)境變化時保持生存和繁衍的能力，是生物多樣性中一個重要的方面。適應(yīng)多樣性不僅關(guān)注基因組水平上的遺傳變異，還涉及到這些變異如何影響個體或種群的生存和繁殖成功。

野生基因（wild genes）通常指的是自然界中野生動植物物種所持有的基因，這些基因在物種長期演化過程中逐漸積累并適應(yīng)了其所處的環(huán)境條件。野生基因通過自然選擇和遺傳漂變的過程，使得物種能夠在面對各種生態(tài)壓力和環(huán)境變化時，保持適應(yīng)性和生存能力。這些基因編碼了種種特性，如抗病性、耐旱性、抗寒性等，對保持種群健康和物種生存至關(guān)重要。

在本研究中可以看出，野生的基因?qū)τ诒Ｗo(hù)栗樹至關(guān)重要，因為它們包含了栗樹在自然環(huán)境中長期適應(yīng)和生存的關(guān)鍵遺傳特性。栗樹曾經(jīng)在北美東部廣泛分布，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼寥篮推渌鷳B(tài)條件發(fā)展出多樣的適應(yīng)策略。這些野生基因攜帶了對病害、氣候變化和其他環(huán)境壓力的不同響應(yīng)方式，可以幫助新興的抗病栗樹品種更好地應(yīng)對復(fù)雜的生態(tài)挑戰(zhàn)。因此，保護(hù)和引入野生基因可以增加栗樹種群的遺傳多樣性，提高其長期生存和適應(yīng)性的潛力，是恢復(fù)和保護(hù)這一重要樹種的關(guān)鍵策略之一。

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編譯 | 王芊佳
審核｜Samantha
排版 | 綠葉

參考資料略

來源: 海洋與濕地