调查复活实验中可能存在的偏差,以评估开花时间的适应性进化

《Ecology and Evolution》:Investigating a Potential Bias in Resurrection Experiments to Measure Adaptive Evolution of Flowering Time

【字体: 时间:2026年03月25日 来源:Ecology and Evolution 2.3

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  植物种子在气候变化下的适应性进化研究,通过模拟拟南芥种子老化发现,种子出生顺序影响生存率和开花时间,但F2代这种现象消失。研究证实复活实验仍能有效检测快速进化现象。

  

摘要

物种在气候变化下的生存能力往往取决于它们对日益极端环境的快速进化响应。复活实验是一种追踪适应性进化速率的宝贵方法:研究人员会保存祖先繁殖体,随后将其与后代一起培育,从而观察性状值的变化,这些变化能够指示进化过程。然而,即使在最佳的保存条件下,祖先繁殖体也会随时间老化,最终有一部分会死亡。如果繁殖体在保存过程中的存活率具有非随机性,并且与某个特定性状存在遗传关联,那么就会对祖先性状的基线数据产生偏差,进而影响对适应性进化的估计。为了了解这种非随机性的繁殖体损失对复活实验的影响程度,我们模拟了年度种植的Brassica rapa种子的长期老化过程,研究了种子的“出生顺序”(作为母体资源分配的代理指标)是否会影响种子的存活率。随后我们又评估了出生顺序是否与开花时间相关——这一性状已被证明会因气候变化而迅速进化。结果显示,快速老化的种子的存活率降低了26%,并且开花时间比未老化的对照组种子晚大约一天。这种由储存条件引起的可塑性效应在F2代中消失了。此外,通过模拟不同出生顺序(即最先和最后产生的种子)下的存活率差异,我们发现即使在不同死亡率不对称的情况下,开花时间的偏差也相对较小(平均不到1天)。综上所述,这项研究的结果表明,复活实验仍然是全球变化生物学中一种可靠的实验方法。

1 引言

与全球变化相关的新型压力因素,如污染、土地利用变化和气候变化,威胁着全球物种的生存(Sala等人,2000年;Jaureguiberry等人,2022年)。预计温度升高和降水模式改变将成为未来生物多样性丧失的主要驱动因素,导致物种数量减少(Urban,2015年)、遗传多样性丧失(Bellard等人,2012年)以及物种灭绝风险增加(Müller等人,2024年)。物种向更适宜的气候条件迁移或表现出表型可塑性,可以在一定程度上缓解种群数量下降的趋势(Parmesan和Yohe,2003年;Meril?和Hendry,2014年)。然而,物种的长期生存最终可能取决于关键适应性状的快速进化,尤其是对于那些活动能力有限的物种(Catullo等人,2019年)。因此,记录当代进化的速度以及那些对适应性贡献最大的性状类型,对于预测物种损失和制定保护管理措施至关重要。

1.1 使用复活实验方法检测自然种群中的进化

复活实验是一种直接测量快速表型进化的方法,适用于具有休眠阶段的物种。在复活实验中,研究人员会保存祖先种群的繁殖体,随后将其与后代一起培育(Franks等人,2018年)。由于祖先和后代所处的培养环境相同,因此可以通过观察它们之间的表型差异来推断进化过程。

1.1 使用复活实验方法检测自然种群中的进化

复活实验是一种直接测量快速表型进化的方法,适用于具有休眠阶段的物种。在该实验中,研究人员会保存祖先种群的繁殖体,之后将其与后代一起培育(Franks等人,2018年)。由于祖先和后代所处的培养环境相同,因此可以通过观察它们之间的表型差异来推断进化过程。

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