Petr Pyšek 和来自欧洲、中国和美国机构的研究人员团队想要了解 为什么一些植物物种在引入其原生范围之外时会成为入侵物种。 这个问题很重要，因为入侵物种会对生态系统造成严重破坏，并花费数十亿美元来控制。
研究人员分析了来自世界各地 11,000 多种植物物种的数据，以探索两个关键遗传因素——基因组大小和倍性——如何影响入侵的不同阶段。 基因组大小是指生物体细胞中包含的 DNA 总量。 倍性是染色体组的数量； 例如，二倍体植物有两组，而四倍体植物有四组。
通过编译大量的全球数据集，该团队可以可靠地测试这些遗传特征与入侵成功之间的联系。 他们的目的是阐明为什么某些植物在新地区成为有问题的入侵者。 研究结果发表于 New Phytologist，对于预测和管理生物入侵具有重要意义。
收集证据
研究人员收集了来自全球各地植物物种的大量数据集。 其中包括 10,400 种开花植物（被子植物）、379 种裸子植物（如针叶树）、218 种蕨类植物和 52 种石松植物。
有关基因组大小和染色体数量的数据来自英国皇家植物园邱园植物 DNA C 值数据库。 这是全球最全面的植物基因组大小测量汇编。 研究人员还搜索了科学文献，添加了数据库中尚未包含的另外 40 个物种的基因组大小数据。
相关信息 植物物种 来自全球归化外来植物群 (GloNAF) 数据库的物种在被引入其原产地之外时已归化或入侵。 该数据涵盖全球 13,939 多个地区的 1,000 种归化外来植物物种。 对于 349 个地区的子集，还有关于归化物种已成为入侵物种的可用数据。
为如此多的植物物种编制如此庞大的数据集，使研究人员能够分析基因组大小、染色体数量和入侵成功之间的联系。 一个限制是染色体计数并非适用于所有物种，因此在某些情况下无法确定准确的倍性水平。 尽管如此，数据集的规模为检测总体趋势提供了巨大的力量。
不同入侵阶段的对比效果
分析显示，基因组较小的植物物种更有可能在其原生范围之外归化。 归化物种可以在新地区形成自我维持的种群，无需人类干预。
然而，当考虑入侵传播和生态影响时，情况就不同了。 大的基因组大小和较高的倍性水平为归化物种提供了优势，使之能够发展成为快速传播并造成环境破坏的有问题的入侵者。
研究人员通过两种方式量化归化成功——一个物种是否在世界任何地方归化以及它归化的地区数量。他们还研究了一个物种成为入侵物种的地区数量。
具有中等大小基因组的物种在全球大多数地区已被归化或入侵。 然而，大型基因组增强了外来物种入侵性传播的能力，并对本地生物多样性和生态系统产生负面影响。
归化阶段与入侵阶段的对比效应表明，基因组大小和倍性水平在从引入物种到有问题的入侵者的进展中发挥着不同的作用。
为什么基因组大小和倍性具有相反的效果？
这些发现对为什么小基因组促进归化而大基因组和高倍性有助于侵入性传播提供了一些解释。
- 小基因组使引入的植物能够快速适应其引入地区的新环境条件。 这种快速的进化增强了它们建立可持续种群的能力。
- 相比之下，大的基因组和额外的染色体组提供了有利于入侵传播的特征，例如旺盛的生长、高繁殖产量以及种子或营养片段的有效传播。
这两个因素相互作用—— 基因组相对较小的物种 与更高的倍性相结合似乎能够最大限度地发挥入侵的好处。 小基因组有助于适应。 同时，额外的染色体会增强 生长和繁殖。 研究人员发现，虽然多倍体本身比二倍体更有可能归化，但据报道，同时包括二倍体和多倍体个体的物种归化成功率最高。 他们认为这种二倍体-多倍体组合最大限度地提高了变异性，为适应新环境提供了更大的遗传潜力。
遗传学在植物入侵中的关键作用
这项研究揭示了两个基本的遗传因素—— 基因组大小 和倍性——在使植物成为成功的入侵者方面发挥着至关重要但截然不同的作用。 它们的效果根据入侵阶段而变化。 小基因组通过允许快速适应新环境来协助归化。 然而，大基因组和高倍性通过提供旺盛的生长和繁殖等特征促进了入侵传播。 这些新见解有助于解释为什么某些植物物种在其原生范围之外的地区成为有问题的入侵者。 研究结果还展示了生物入侵的环境依赖性，以及入侵阶段之间物种性状和遗传学变化的影响。
该研究有力地证明了积累大量全球数据集以识别总体趋势的价值。 汇编超过 11,000 种植物的数据对于揭示细微差别至关重要 基因组大小之间的关系、倍性和侵入成功。 这 大数据 该方法为更好地理解和预测入侵生物学指明了道路。
阅读文章
Pyšek, P.、Lučanová, M.、Dawson, W.、Essl, F.、Kreft, H.、Leitch, IJ、Lenzner, B.、Meyerson, LA、Pergl, J.、van Kleunen, M.、Weigelt ，P.，Winter，M. 和郭，W.-Y。 （2023）“较小的基因组大小和倍性水平的变异有利于维管植物的归化，但限制了它们的入侵扩散。“ New Phytologist, 239(6)，第 2389–2403 页。 可在： https://doi.org/10.1111/nph.19135.
