植物种内的“隐秘竞争”：我院杜芳教授团队揭示植物种内生态特征替代机制

近日，我院杜芳教授团队在植物学领域重要期刊The Plant Journal上发表了题为 “Intraspecific character displacement in oaks” 的研究论文，首次系统地在栎属植物中揭示了种内特征替代的生态学机制。

特征替代是指同域分布的近缘种由于对资源的竞争其特征会产生分化，但在异域分布区由于没有资源竞争因而分化不明显。由于特征替代直接影响了物种在不同地理分布区内的资源利用策略，促进了物种共存与竞争，因此自达尔文以来被认为是生物多样性形成的基础。杜芳教授团队2022年在New Phytologist杂志上以封面论文的形式报导了植物种间生态特征替代发生的机制。

但是植物种内的竞争模式如何？同种个体在资源利用上相似性更高，竞争更加激烈，种内竞争可能比种间竞争更频繁，但是目前尚缺乏对种内特征替代原因及过程的机理研究。

我院杜芳教授团队聚焦于中国和日本均有分布的白栎组物种——枹栎（Quercus serrata Thunb.）及中国分布的变种短柄枹栎（Q. serrata var. brevipetiolata），发现中国与日本枹栎种群之间存在明显的遗传分化，并检测到少量的历史基因交流。因此推测在第四纪冰期由于海平面下降，东海区域形成陆桥，促使种群之间基因交流，随后海平面上升，地理隔离与环境异质性驱动中国枹栎种群内部进一步分化，形成短柄枹栎。

在叶片形态上，仅在中国境内分布的短柄枹栎同域种群中的叶性状变异显著高于异域种群，且同域种群中叶面积与干重的异速生长关系显著高于枹栎，说明短柄枹栎在竞争压力下采取了更保守的资源利用策略。并且为了获得更多的资源，短柄枹栎叶性状分化随环境变化更明显。以上证据表明短柄枹栎可能处于生态物种形成的早期阶段，如果这种分化持续积累并在遗传上得以固定，两个类群将有可能逐步走向独立的进化。未来，研究团队将进一步结合基因组学，探索特征替代的分子证据与适应意义，为植物多样性维持和群落及生态系统的原真性和完整性等宏观层面的科学问题提供微观层面的理论和数据基础。

杜芳教授团队自2010年以来致力于中国乡土栎类的生态与进化研究，已建立覆盖27个物种、400多个种群的栎类遗传与性状数据库，并将相关资源开放共享于平台：https://www.oakofchina.org，与全球栎类研究者材料共享。本论文始于杜芳2019年杜芳带领学生访问日本森林综合研究所时发现了该所退休研究员于上世纪90年代采集的叶片，在杜芳的介绍下北京林业大学与日本森林综合研究所续签订了合作备忘录，Memorandum Of Understanding（MOU），并开始与日本森林综合研究所森林遗传实验室开展实质性合作。2024年杜芳与其博士生祁敏再次访问日本森林综合研究所并完成了该论文。杜芳表示未来她将继续与国内外科学家合作持续研究东亚栎类的生态与进化问题。

图：2019年北京林业大学与日本森林综合研究所签订合作备忘录

从左至右：秋叶 浩司（FFPRI，国际部），浅野 透（FFPRI，理事长），杜芳（北京林业大学教授），李月娟（北京林业大学2018级硕士生），上野 真義（FFPRI，森林遗传研究室室长）

北京林业大学生态与自然保护学院为该论文的第一单位，杜芳教授为通讯作者，博士生祁敏和硕士生王静为共同第一作者，硕士生王荣乐、上海辰山植物园宋以刚副研究员、日本森林综合研究所上野真義博士及中科院植物研究所罗毅波研究员为共同作者。本工作得到了国家重点研发计划（2022YFF1301401）、国家自然科学基金（42071060）和日本科学技术振兴机构（JST）樱花科学交流计划的资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.70165

作者：祁敏

审核：张振明