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eLife|郭卫华教授课题组揭示芦苇响应盐胁迫与气候变化的遗传与进化机制

作者：刘乐乐发布日期：2026-10-30

近日，山东大学生命科学学院郭卫华教授课题组在eLife连续发表两篇研究论文，分别题为“Genetic canalization of nutrient resorption in the widespread grass Phragmites australis under salt stress”和“Asymmetric introgression and thermal advantage jointly drive climate-mediated lineage turnover in a mixed-ploidy reed”。经eLife评审，两篇论文的发现重要性均获评“重要”，证据强度分别获评“有说服力”与“令人信服”。两项研究均以全球广布的湿地建群植物芦苇为对象，分别聚焦盐胁迫下的养分再吸收与气候变暖下的谱系更替，揭示了湿地植物适应全球变化的遗传与进化机制。刘乐乐副研究员为两篇论文第一作者，博士生盛文怡为论文共同第一作者，郭卫华教授为通讯作者，山东大学生命科学学院为第一署名单位。

湿地是地球上生产力最高、碳汇功能最强的生态系统之一，正同时承受盐碱化扩散与气候变暖的双重压力。面对快速变化的环境，生物依靠短期表型可塑性“随机应变”，还是受制于长期演化历史而“禀性难移”，是预测生态系统命运的关键科学问题。课题组前期调研发现，芦苇遗传多样性极为丰富，在中国分布有冷适应的北方四倍体谱系、暖适应的东部八倍体谱系以及西南亚热带谱系，并涵盖淡水湿地、滨海盐沼与内陆高原盐沼等生态型，为解答上述问题提供了理想体系。

第一项研究建立了包含110个芦苇基因型的同质园控制实验，材料覆盖全球主要芦苇谱系与多种生态型。地上生物量下降超过60%、叶片钠含量成倍累积、大量代谢物显著差异积累等多层次证据确证了盐胁迫的有效性。然而在确凿的胁迫背景下，氮、磷、钾的叶片养分再吸收效率并未发生可塑性响应，而是由系统地理谱系、生态型和起源纬度共同决定，其中滨海盐沼生态型的氮、磷再吸收效率最高，内陆高原盐沼生态型最低。三种元素还遵循不同的调控规律，磷再吸收始终受叶片浓度控制，氮的浓度控制在盐胁迫下被打破，钾不依赖浓度调控，而氮磷比与氮钾比保持稳定的化学计量协同。上述结果表明，养分再吸收这一关键性状在芦苇中呈现显著的“遗传稳态化”，其种内变异源于历史适应而非短期环境可塑性。

图1 芦苇各系统地理群的地理分布及其氮、磷、钾叶片养分再吸收效率

第二项研究则整合种群基因组学、多点位同质园实验与物种分布模型三重证据，发现中国三大芦苇谱系间存在广泛而不对称的基因渐渗，混合个体的祖先成分显著偏向八倍体FEAU谱系，符合杂种优先与高倍性亲本回交的规律。生理实验显示，FEAU谱系的热耐受临界温度较冷适应的CN谱系高1.3℃，并在济南、盘锦、青岛三个同质园中均具有显著的生物量优势。在高排放情景下至20世纪70年代，FEAU谱系的高适生区面积将扩张18.6%，而分布记录稀少的SW谱系将持续收缩。研究据此提出，气候变暖可借助热耐受差异、生物量优势与不对称基因流，在物种原生分布区内“悄无声息”地完成暖适应谱系对冷适应谱系的更替。这一过程不同于经典的生物入侵，却同样侵蚀物种的遗传多样性与未来适应潜力，为贵州草海高原湖中FEAU谱系的实地扩张已提供了初步佐证。