在核心-边缘气候梯度上的不对称适应推动了入侵植物的快速物候演化和分布范围扩张

时间：2026年4月21日

来源：Journal of Ecology

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中国入侵植物 Amaranthus palmeri 的五年生 reciprocal transplant 实验和基因组分析显示，北缘种群通过开花期提前（2.5-18.9天）和延长（5.7-18.2天）实现适应性进化（|β|>0.56, p<0.01），基因 PTM 相关显著富集（top 5% GWAS），表达量在北缘种群更高，呈现近期选择 sweeps 特征；南缘种群持续不适应，揭示气候极值驱动纬度不对称适应的遗传机制。

摘要

“核心-边缘”范式预测，沿着环境梯度的不对称选择会驱动边缘区域的适应性分化，从而影响物种的分布范围和入侵动态。然而，涵盖整个纬度梯度的实证研究以及对入侵现象的遗传学悖论（即尽管遗传多样性有限，但仍能快速适应）的机制解释仍然很少。
我们在中国（北纬21–49°）整个入侵范围内，对入侵性一年生植物Amaranthus palmeri进行了为期五年的相互移植实验。我们使用渐近生长率（）来量化种群适应度，以检测是否存在不对称适应。随后，我们测量了关键表型特征，并利用结构方程模型（SEM）来确定表型与适应度之间的关系。最后，我们将数量遗传学（）和中性基因组学（）分析与基因水平分析相结合，包括全基因组关联研究（GWAS）、全基因组扫描以及表达验证，以阐明适应性背后的进化机制。
我们发现适应性存在明显的纬度差异。北部边缘种群通过基因变化演化出局部特化特征，表现为开花时间提前（2.5–18.9天）和开花期延长（5.7–18.2天），从而导致适应度增加（|ß| > 0.56，p < 0.01）。表型分化程度（ = 0.41–0.62）远高于中性预期（ = 0.0156），表明存在对现有遗传变异的选择压力。基因组分析发现PTM是主要的GWAS候选基因，该基因与开花时间的变化相关，在全基因组分布中排名前5%，并显示出近期选择作用的迹象，在北部边缘种群中的表达量显著更高。相比之下，南部边缘种群则表现出持续的适应不良现象，揭示了在范围限制机制上的根本性不对称性。
总结。分布边缘的气候极端条件促进了关键表型特征的快速遗传适应，从而推动了不对称的分布范围扩张。通过将表型选择、适应度后果以及不同空间尺度上的基因组分化联系起来，我们的研究为理解物种分布范围提供了机制框架，并为预测气候变化下的物种重新分布和生物入侵管理提供了见解。