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  • 科研進展

    華南植物園揭示氣候變化下葉片性狀及其可塑性的演化模式

    發布時間:2022-05-06 作者:scbg 來源:華南植物園

     

      植物通過調節其功能性狀來適應環境變化的能力稱為表型可塑性(以下簡稱可塑性),氣候變化背景下,植物性狀可塑性對物種的適應和生存至關重要,但性狀的可塑性是否受到植物演化的制約尚不清楚。植物葉片經濟性狀是衡量植物在不同環境中適應能力的關鍵,因此,探究葉片經濟性狀及其可塑性的演化保守性,有助于深入理解和預測植物對氣候變化的響應和適應。 

      中科院華南植物園生態與環境科學研究中心植物生理生態學研究組PI:葉清研究員)的劉慧副研究員和合作者,基于多種系統發育模型分析了四種環境處理(升溫、干旱、二氧化碳升高或氮添加)下共210個實驗、434個物種的三個葉片性狀(光合速率、比葉面積和葉片氮含量)及其可塑性的數據,探討了植物葉片性狀及其可塑性是否具有演化保守性的科學問題。研究發現:四種環境處理下的三個葉片性狀均具有較強的系統發育信號,而它們的可塑性則不具有系統發育信號(圖1H2),表明雖然近緣物種表現出相似的葉片性狀,但并不能根據系統發育關系預測物種在環境變化下的性狀可塑性。同時,與傳統線性模型相比,系統發育線性模型得到的性狀相關性強度較弱,但相關性方向不變,從而證明協同演化的葉片性狀對環境條件改變的響應具有一致性。因此,演化分析可以探查性狀保守的類群并預測性狀在氣候變化下的響應關系,但性狀可塑性在不同類群間的變異主要受環境而非演化驅動。 

      相關研究從演化分析的角度拓展了葉片經濟性狀在全球氣候變化下的適應方式和協同關系,揭示了氣候變化下葉片性狀及其可塑性的演化模式。研究結果已在線發表在國際主流期刊New Phytologist (IF2020=10.15)上;該研究得到了國家杰出青年科學基金和國家基金面上項目等資助,論文鏈接:https://doi.org/10.1111/nph.18194

    1. 氣候變化下植物性狀及其可塑性演化模式的三個假說概念圖。

    H1,演化驅動性狀差異和性狀可塑性,因此性狀及其可塑性都具有較強的系統發育信號;

    H2,演化驅動性狀差異,環境驅動性狀可塑性,因此性狀具有較強的系統發育信號,而性狀可塑性不具有系統發育信號;

    H3,性狀差異和性狀可塑性均為隨機,因此性狀及其可塑性都不具有系統發育信號。

    白圈為性狀的對照值;紅三角為性狀在氣候變化下的值;虛線為性狀的響應值即表型可塑性;

    每小圖下方為5個概念物種的系統發育關系,其中AB關系最近,其次為C,再次為DE。


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