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三葉崖爬藤（Tetrastigma hemsleyanum），俗稱三葉青，是葡萄科珍稀藥用植物，被列為“新浙八味”中藥材之一。其塊根及全草富含黃酮類和多糖等活性成分，具有抗病毒、抗氧化、免疫調節及抗腫瘤等藥理活性。中國科學院武漢植物園邱英雄研究團隊對三葉青進行了長期的系統性研究發現：該物種在更新世早中期經歷了由熱帶向亞熱帶北緣的遷移（Wang et al., 2015, New Phytologist），這一生物地理過程可能通過選擇性清除在基因組上留下適應性進化印記；基因組測序研究進一步揭示其基因組中轉座子（transposable elements, TEs）占比高達73%（Zhu et al., 2023, Plant Journal），這一顯著特征使其成為研究轉座子介導植物適應性進化的理想模式系統。
近期，該團隊基于覆蓋全分布區的29個異質性生境種群的重測序數據，構建了三葉青轉座子變異圖譜，深入解析了轉座子驅動植物環境適應性進化的分子機制。基于SNPs和轉座子變異位點的種群遺傳結構分析一致表明，三葉青存在顯著的譜系分化（圖1，圖2）。通過SNPs數據重建的種群動態歷史表明：中新世晚期和上新世（5.90–3.58 Ma）的全球氣候變冷及東亞冬季季風增強共同驅動了三葉青譜系分化，表現為南北譜系首先分化，隨后形成4個亞譜系（圖3）。各亞譜系在更新世晚期呈現周期性種群收縮-擴張模式。研究發現轉座子變異位點的擴增始于上新世晚期（約3 Ma），而大部分位點的轉座活動則發生于末次冰期（峰值約0.043 Ma）。這一結果表明，第四紀氣候波動通過調控種群動態影響了轉座子的活動，進而塑造了現存譜系間轉座子的差異化分布格局（圖1）。
選擇性清除和GEA分析顯示，雖然僅有少量轉座子變異位點（0.033%–0.40%）呈現正選擇信號，但有更高比例（0.081%–0.76%）的位點與氣候因子顯著相關（圖4，圖5）。這些受選擇或與氣候相關的轉座子位點主要與植物器官發育、脅迫響應及防御相關基因存在密切關聯。加權基因共表達網絡分析揭示了TEs相關環境適應基因比SNPs相關基因具有顯著更多的連接邊，表明其具可能有更強的調控效應。基因組分布特征分析發現，基因稀疏區域的轉座子豐度顯著高于基因密集區（圖6），且這些區域內轉座子變異位點的XtX和BF值均顯著升高。這些發現不僅深化了人們對植物適應性進化基因組機制的認識，也為三葉青的引種馴化、分子育種和遺傳資源保護提供了重要理論依據。
該研究近日以“Genome-wide patterns of local adaptation associated with transposable elements in Tetrastigma hemsleyanum (Vitaceae)”為題發表于期刊New Phytologist。中國科學院武漢植物園與浙江大學生命科學學院聯合培養博士生任超前為該論文的第一作者，中國科學院武漢植物園邱英雄研究員和浙江大學陳軍研究員為論文共同通訊作者。寧波大學朱珊珊副研究員、奧地利薩爾茨堡大學Hans Peter Comes教授、武漢植物園特別研究助理張心怡與馬雅真副研究員、浙江大學姜維梅高級講師與傅承新教授參與了部分工作。感謝中國科學院植物研究所郭亞龍研究員對論文修改提供的寶貴建議。該研究得到國家重點研發計劃（2024YFF1307403）、國家自然科學基金（32370385、32161143003）、浙江省農業新品種選育重大科技專項（2021C02074）、西藏自治區科技計劃（XZ202402ZD0005）等項目支持。
論文鏈接
圖1?三葉崖爬藤群體中轉座子變異位點的特征
圖2?三葉崖爬藤種群遺傳結構分析
圖3?三葉崖爬藤種群動態歷史分析
圖4 不同閾值下三葉崖爬藤基因組中的選擇性清除信號
圖5?參與氣候適應的轉座子變異位點與基因鑒定
圖6?基因密度與轉座子豐度相關性分析