CGM第511期：拟南芥同步户外进化实验中不同气候条件下的快速适应与灭绝
加州大学伯克利分校 · 博士后
博士本科毕业于浙江大学，硕士就读于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，博士毕业于耶鲁大学。目前在加州大学伯克利分校从事博士后研究，此前亦在卡耐基科学研究所与斯坦福大学开展相关工作。其研究方向涵盖植物基因组学、计算生物学、数量遗传学与群体遗传学，尤其关注植物群体如何适应环境变化以及复杂数量性状的统计建模。相关研究成果发表在 PLOS Genetics、The Plant Journal、Developmental Cell 和 PLOS Computational Biology 等国际期刊上。
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在 Bilibili 打开完整回放 ↗全球气候变化对许多物种生存产生了很大威胁，在短短的生态时间尺度内，快速的适应新的环境也许是它们避免消亡的唯一出路。然而，跨物种、跨气候的快速遗传适应及其种群动态，迄今仍缺乏直接证据。为填补这一空白，我们以拟南芥（Arabidopsis thaliana）为模型，在欧洲、黎凡特和北美 30 余个气候迥异的户外实验园区，同步开展了一项为期五年的全球进化实验，并在每个实验园区采用多个重复实验以确保结果可靠。我们对约 7 万株最终存活并完成繁殖的植株进行了全基因组测序，首次直观展现了不同气候下快速且可重复的适应过程。
在同一气候条件下的重复实验中，等位基因频率随时间的变化高度一致；而在气候对比组之间，-46% 至 +60% 的强自然选择系数导致部分等位基因显著分化。基因组扫描显示，这种快速气候适应具有多基因遗传架构，既包含已知，也包含新发现的适应性变异，而且我们发现很多适应性变异可能和关键生态性状相关：如环境胁迫响应基因（CAM5、热休克因子 HSFs），以及调控萌发和春季开花时间的基因（CYTOCHROME P450s、TSF）。
进一步分析表明，进化轨迹往往具有可预测性，但不同环境下差异显著：在温暖气候中，可预测的进化趋势与种群在五年内的持续存活紧密相关；而不可预测的进化轨迹的种群则更早走向灭绝。总体而言，我们的研究证明了快速气候适应的可行性，但若要精准预测生物多样性命运，仍需深入揭示不同物种适应能力的极限。
参考文献
- Xing Wu, Tatiana Bellagio, Yunru Peng, Lucas Czech, Meixi Lin, Patricia Lang, Ruth Epstein, Mohamed Abdelaziz, Jake Alexander, Carlos Alonso-Blanco, Heidi Lie Andersen, Modesto Berbel, Joy Bergelson, Oliver Bossdorf, Liana Burghardt, Mireille Caton-Darby, Robert Colautti, Carolin Delker, Panayiotis G. Dimitrakopoulos, Kathleen Donohue, Walter Durka, Gema Escribano-Avila, Steven J. Franks, Felix B. Fritschi, Alexandros Galanidis, Alfredo Garcia-Fernández, Ana García-Muñoz, Elena Hamann, Allison Hutt, José M. Iriondo, Thomas E. Juenger, Stephen R. Keller, Karin Koehl, Arthur Korte, Pamela Korte, Alexander Kutschera, Carlos Lara-Romero, Laura Leventhal, Daniel Maag, Arnald Marcer, Martí March-Salas, Juliette de Meaux, Belén Méndez-Vigo, Javier Morente-López, Timothy C. Morton, Zuzana Münzbergova, Anne Muola, Hanna Akiko Nomoto, Meelis Pärtel, F. Xavier Picó, Brandie Quarles-Chidyagwai, Marcel Quint, Niklas Reichelt, Agnieszka Rudak, Johanna Schmitt, Gregor Schmitz, Merav Seifan, Basten L. Snoek, Remco Stam, Marc Stift, John R. Stinchcombe, Mark A. Taylor, Peter Tiffin, Irène Till-Bottraud, Anna Traveset, Jean-Gabriel Valay, Martijn Van Zanten, Vigdis Vandvik, Cyrille Violle, Detlef Weigel, Maciej Wódkiewicz, François Vasseur, J. F. Scheepens, Moises Exposito-Alonso. Rapid adaptation and extinction in synchronized outdoor evolution experiments of Arabidopsis. Science. 2026;391(6792):eadz0777. DOI: 10.1126/science.adz0777
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