生物入侵與氣候變化是當(dāng)前全球生物多樣性面臨的兩大嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。深入探討入侵物種與氣候環(huán)境之間的相互作用機(jī)制對于構(gòu)建有效防控體系至關(guān)重要，也是應(yīng)對全球氣候變化背景下生物入侵問題的基礎(chǔ)。我們前期的研究發(fā)現(xiàn)遺傳變異與表觀遺傳修飾在海洋入侵物種史氏菊海鞘（Botryllus schlosseri）的環(huán)境適應(yīng)中發(fā)揮著功能互補(bǔ)作用（Gao et al., 2022. Molecular Ecology）。然而，這些因素如何影響史氏菊海鞘對未來氣候變化的響應(yīng)，以及其未來的入侵風(fēng)險(xiǎn)，尚待進(jìn)一步探索。

研究通過整合基因組與表觀基因組數(shù)據(jù)，系統(tǒng)評估了史氏菊海鞘在全球氣候變化下的適應(yīng)潛力與入侵風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，遺傳變異和表觀遺傳修飾以互補(bǔ)的形式促進(jìn)史氏菊海鞘響應(yīng)未來的氣候條件，并提出了整合適應(yīng)性基因組和表觀基因組變異開展氣候適應(yīng)預(yù)測和入侵風(fēng)險(xiǎn)評估的研究框架（圖1）。研究團(tuán)隊(duì)通過廣義不相似性模型（Generalized Dissimilarity Modeling）和梯度森林模型（Gradient Forest Modeling）分別構(gòu)建了遺傳/表觀遺傳-生態(tài)因子模型，并應(yīng)用人工蜂群算法（Artificial Bee Colony Algorithm，ABC）創(chuàng)新性地構(gòu)建了基因組-表觀基因組指數(shù)（Genomic-Epigenomic Index，GEI），量化了史氏菊海鞘對未來氣候的適應(yīng)潛力和入侵風(fēng)險(xiǎn)?；诖薌EI指數(shù)的預(yù)測模型分析揭示了史氏菊海鞘不同地區(qū)種群在基因組和表觀基因組層面的適應(yīng)能力存在顯著差異。研究還發(fā)現(xiàn)，北美冷溫帶地區(qū)的種群在未來氣候變化中適應(yīng)性較弱，而地中海地區(qū)的種群適應(yīng)性較強(qiáng)，因此入侵風(fēng)險(xiǎn)較高（圖2）。

該研究強(qiáng)調(diào)了將多組學(xué)信息整合到生態(tài)預(yù)測模型的重要性，發(fā)展了一種新的整合多組學(xué)數(shù)據(jù)的適應(yīng)潛力和入侵風(fēng)險(xiǎn)評估模型。這一模型有助于更全面地理解生物對未來氣候變化的適應(yīng)過程和機(jī)制，為入侵生物早期監(jiān)測、預(yù)警與科學(xué)管控提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

圖1整合基因組和表觀基因組數(shù)據(jù)信息開展氣候適應(yīng)預(yù)測和入侵風(fēng)險(xiǎn)評估的研究框架

圖2?未來氣候情景下的基因組-表觀基因組指數(shù)（gei）

該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、廣東省科學(xué)院科技發(fā)展專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的陳義永助理研究員和廣東省科學(xué)院動(dòng)物研究所的高養(yǎng)春副研究員為論文的共同第一作者，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的戰(zhàn)愛斌研究員為論文通訊作者，中國科學(xué)院南海海洋研究所的張志新研究員共同參與此項(xiàng)研究。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.17588

供稿：省科學(xué)院動(dòng)物所

撰稿：高養(yǎng)春

審稿：黃丹?陳金平?吳玉春

校稿：徐超?肖捷?章震