近日，复旦大学/云南大学李博教授团队和鞠瑞亭教授团队联合国内外入侵生态学家，在入侵植物谱系地理格局及其响应未来气候变化分布区扩张预测方面取得重要进展，研究成果于2024年12月10日以“Biogeography of a global plant invader: from the evolutionary history to future distributions”为题发表在国际顶级生态学期刊Global Change Biology上。该研究以全球性入侵植物虎杖为案例，揭示了该植物的起源地，还原了其自上新世以来在全球尺度上的扩散路径，并预测了未来气候变化背景下虎杖在全球尺度上的时空分布动态，为深入理解入侵植物物种形成与扩散以及在此过程中的适应性进化特征提供了新视野。

探究入侵植物的地理起源和扩散历史，对于理解其成功入侵的机制和环境适应性，预测其未来扩张趋势至关重要。虎杖（Reynoutria japonica）原产于东亚，目前在欧洲和北美入侵严重，已成为全球最具破坏力的入侵物种之一。然而，学界当前并不清楚虎杖自然扩散或引种的路线，尤其是在东亚地区的谱系地理关系和扩散路径，也不清楚世界范围内现有虎杖的谱系地理结构，这对预测其未来进一步扩张的趋势带来了不确定性。

为探究全球虎杖的地理起源和扩散历史，据此预测未来气候变化情景下不同进化背景的虎杖种群分布区如何变化，本研究采集了在我国华南与华东地区、日本以及欧洲、北美共157个虎杖种群。此外，我们还从NCBI数据库中获得了27个来自日本和韩国的虎杖个体的叶绿体序列数据。所有样本基于七个叶绿体片段（rbcL、matK、rbcL-accD、accD- psaI、ndhF、accD、trnL-intron）构建了单倍型网络图。随后，我们在贝叶斯分析中计算了不同样本的分化时间，并进行了祖先区域重构（RASP）分析。最后，我们根据GBIF数据库中的虎杖种群坐标建立了物种分布模型，根据不同地理种群的谱系特征，评估了过去和未来气候变化情景对虎杖分布的潜在影响。

研究结果表明，虎杖在全球范围内总共有46种单倍型（图1）。不同单倍型的谱系关系和分化时间分析显示，虎杖起源于东亚，大多数单倍型特别是独特的单倍型都在东亚发现。祖先种群起源于日本后，向西逐渐扩散到中国和朝鲜半岛。日本和中国种群的分化时间约为1.42～2.58 Ma（图2）。北美和欧洲入侵地种群大多数来源于日本。虎杖适生区在上新世暖期及两个冰期（即130 ka和787 ka）总体上小于现代气候背景下的分布范围（图3），暗示其在冰期内可能经历了分布区的收缩。在未来气候变化背景下，预测欧洲和北美虎杖种群在高纬度地区的适生区范围将会显著扩大；相反，中国种群的适生区范围将会缩减；另外，日本高纬度地区种群适生地范围也可能扩大（图4）。

图1 虎杖单倍型网络及各单倍型在北美、欧洲、中国、朝鲜半岛和日本的地理分布

图2虎杖单倍型系统发育树以及基于贝叶斯分析的分化时间估算

图3 基于Maxent生态位模型预测的东亚虎杖在现今和过去的适生区地理分布

图4 现今以及2070年在碳排放RCP 2.6和RCP 8.5情景下虎杖的全球适生区预测

复旦大学博士生张蕾为论文第一作者，复旦大学/云南大学李博教授、复旦大学鞠瑞亭教授为通讯作者；兰州大学吴纪华教授和刘木研究员、中国科学院西双版纳植物园廖志勇博士、德国图宾根大学Isolde van Riemsdijk博士、Madalin Parepa博士、Armand Cavé-Radet博士、Oliver Bossdorf教授、美国南佛罗里达大学Christina L. Richards教授，法国雷恩第一大学Armel Salmon博士和Malika Aïnouche教授，以及复旦大学博士生毕景文和曹培培、硕士生王声钰和赵玉杰为共同作者。研究得到国家自然科学基金中德合作项目（31961133028）和德国联邦教育和研究部（BMBF）MOPGA项目（306055），以及云南省科技厅项目（202405AS350011）、国家重点研发计划项目（2022YFC2601100）、德国研究基金（431595342）等项目的资助。

论文信息

标题：Biogeography of a global plant invader: from the evolutionary history to future distributions

期刊：Global Change Biology

类型：Research article

作者：张蕾#, Isolde van Riemsdijk, 刘木, 廖志勇, Armand Cavé-Radet, 毕景文, 王声钰, 赵玉杰, 曹培培, Madalin Parepa, Oliver Bossdorf, Armel Salmon, Malika Aïnouche, 鞠瑞亭^*, 吴纪华, Christina L. Richards, 李博^*

时间：2024-12-10

DOI：https://doi.org/10.1111/gcb.17622