开花时间是被子植物生活史中的关键节点.十字花科植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)广布于世界各地,在海拔4 000 m以上的青藏高原也发现了该物种的自然居群,高原独特的环境塑造了其生活史的独特表型,在开花时间上表现为中等程度早花.该研究构建了西藏拟南芥Lhasa居群的F2代作图群体,基于全基因组测序的QTL-seq定位分析,在该居群中定位到主效基因FLC,并且鉴定到其第1个内含子中存在2 307 bp的缺失,这种单倍型只存在于西藏拟南芥居群.利用CRISPR-Cas9技术构建了Lhasa背景的flc-/-突变体,表现为开花时间显著提前.研究结果表明,西藏拟南芥开花时间改变的主要原因是FLC第1个内含子缺失,该变异并未使其丧失全部功能,这可能有利于西藏拟南芥适应青藏高原独特的气候环境.

广义蕨类植物(石松类和蕨类)是陆生维管植物第二大类群,兼具孢子植物和维管植物的结构和生理特点,衔接陆生植物从简单到复杂的演化过程.广义蕨类植物表现出许多不同于其它植物类群的独特生物学过程,在研究植物基因组演化、器官发育、繁殖方式及环境适应等方面是一类关键的植物类群.现代测序技术的快速发展和应用推动了广义蕨类植物全基因组测序和组装,为其基因功能研究提供了巨大便利.为充分认识广义蕨类植物基因功能研究的热点和难点,该文从多角度全面总结了广义蕨类植物基因功能研究,重点论述广义蕨类植物在器官发育、生殖过程、环境适应性和次生代谢物合成等方面的研究现状,系统阐述其在揭示广义蕨类植物特殊生物学过程中的应用及各类基因的功能.最后,对如何加快广义蕨类植物基因功能研究,并利用相关研究揭示其生物学特性和开发更广泛的应用场景提出了建议.

越冬是全球温带和寒带地区动物生活史和演化过程的重要阶段,顺利越冬对于动物种群的繁衍与维持至关重要.肠道微生物与宿主长期共同进化并形成复杂的共生关系,在动物生长发育、健康调控及恶劣环境适应等方面发挥着重要作用.越冬动物不仅在形态、生理和行为方面发生适应性变化,其肠道微生物也发生改变,这对宿主适应低温不可或缺.近些年越冬动物肠道微生物工作日渐受到重视,鉴于肠道微生物的重要意义,本文总结和评述了4个方面内容:(1)越冬动物肠道微生物领域的研究现状.该领域发文量近年来增长快速,冬眠动物肠道微生物研究最多且更为深入.肠道微生物多样性、影响因素和群落构建机制以及肠道微生物对动物越冬的作用机制是该领域的研究热点;(2)越冬动物肠道微生物群落多样性、组成及其功能基因的变化.冬季动物肠道细菌群落以拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门为主,且多样性较夏季更低.冬眠动物肠道细菌群落的功能基因以脂肪代谢为主;(3)影响冬季动物肠道微生物群落的主要因素.肠道微生物群落与越冬宿主肠道形态和生理、物种类别、食性、越冬策略及外界环境时空和气候变化密切联系;(4)肠道微生物在动物越冬方面发挥的重要功能.肠道微生物参与宿主营养获取和能量代谢、调节宿主产热、影响宿主抗冻性及免疫力.本研究可增加人们对非生长季动物肠道微生物多样性维持及其生态功能的认识,并帮助深入思考肠道微生物及其与宿主互作机制在调控动物适应环境变化方面的潜在影响.

堡状峰是类似城堡外貌而凸出于周围环境之上的特殊山峰,位于中国闽南乌山风景区堡状峰地貌上的乌冈栎(壳斗科)种群的表型发生了变异,其与原类型的显著不同在于叶背具宿存性黄褐色星状毛.为解释这一现象,该研究对堡状峰顶部的乌冈栎种群分布进行调查,包括其中的变异型、原始型、过渡型,以及堡状峰山脚、另一异域的典型原始型种群被研究,基于叶表皮解剖,利用方差分析统计显微性状的差异,结合生态因子,探究变异的原因及演化的可能途径.结果表明:(1)变异型在山顶西侧形成以其为优势种的常绿阔叶灌丛群落,东侧的小片灌丛以原始型为主,后者内部还有少量过渡型.(2)各种群单细胞毛状体基(STB)与复合毛状体基(CTB)在叶上表皮的密度很小甚至小于每平方毫米1个,宏观的表现为无毛.原始型、过渡型、变异型的STB密度均值在叶下表皮递增.变异型种群与原始种群相比,叶下表皮CTB或典型星状毛(Tst)的密度由每平方毫米0.481～1.122个变异至每平方毫米57.2个,宏观表现为形成密毛.气孔长宽比在原始型(1.187～1.205)至变异型(1.258)间递增.(3)方差分析结果显示,变异型叶下表皮STB与CTB密度及气孔长宽比较原始型显著增加(大)(P＜0.01),但气孔密度与尺寸在种群间未表现出规律与差异性(P＞0.05).乌山堡状峰顶的土壤贫瘠、水热条件差.综合生境与统计的结果表明,变异型乌冈栎叶背毛状体及气孔长宽比的变异具抵抗干旱或极端气温的功能.由于花粉流未曾间断,因此相比于地理隔离,特殊生境促使乌冈栎发生适应性演化应是该变异产生的主要原因.该研究为亚热带特殊花岗岩地貌促进种群分化和物种形成提供了直接的证据.

镰孢菌Fusarium spp.通常引起多种作物病害,但其中某些种类可作为植物内生菌从而提高植物的生长和抗逆性.因此,研究非农田生态系统镰孢菌物种多样性和生态功能具有重要的科学意义.本研究对分离自滩涂盐碱地盐生植物根际的 23 株镰孢菌进行了种类鉴定、非生物胁迫抗性及毒性评价研究.结果表明:经形态学和多基因联合建树分析(ITS+rpb2+tef1-α),这些菌株属于 7 个系统发育种,多数菌株属于尖孢镰孢菌 F.oxysporum、恶臭镰孢菌 F.foetens 和藤仓镰孢菌 F.fujikuroi.在 7 种非生物胁迫条件下[H2O2、亚硫酸氢钠甲萘醌(menadione sodium bisulfite,MSB)、KCl、山梨醇(sorbitol)、荧光增白剂(calcofluor white,CFW)、刚果红(congo red)、NaCl]测定菌株抗性,上述 3 种镰孢菌与Fusarium sp.1 表现出相似的抗性能力;Fusarium sp.2 和Fusarium sp.3 尤其在离子胁迫和渗透胁迫方面表现出较强的适应性;芳香镰孢菌F.ambrosium则对多种胁迫均比较敏感.PCR 检测表明大多数菌株含有恩镰孢菌素(enniatin)合成核心基因,约 1/3 菌株包含伏马菌素(fumonisin)基因,少量菌株含有单端孢霉烯族毒素(trichothecene)基因.只有少量菌株扩增出 six2、six9和six13等编码木质部分泌蛋白SIX(secreted in xylem)的基因.接种试验表明,多数菌株对拟南芥和 NL895 杨树无性系具有不同程度的致病性,只有少量菌株具有明显的促生效应;而所有菌株接种小麦幼苗均未引起病害.研究发现促生和致病菌株在毒素合成基因和 six 基因数量方面并无明显差异,表明还存在其他致病或促生机制.本研究揭示了盐生植物根系存在较为丰富的镰孢菌种类,而且存在致病或促生等方面的差异.本研究为深入研究营养方式转变的基因组演化特征和植物-镰孢菌的共生互作提供了模型.

全球气候变化背景下,极端高温事件日益频繁,对植物的生长、存活造成严重威胁,准确评估植物的耐热性,对物种保育和适应性预测具有重要作用.木兰科是中国亚热带常绿阔叶林的标志类群,也是被子植物基部类群,具有重要的生态价值和演化生物学地位,然而目前对其耐热性尚缺乏了解.该研究以种植于同质园的23种木兰科植物为研究对象,利用叶绿素荧光技术研究了叶片光合系统的耐热性,同时测定了叶片形态性状,并基于这些物种在全球的分布地气候数据,分析了叶片光合系统耐热性与叶片形态及温度生态位的关系.发现木兰科植物光系统Ⅱ最大光化学效率降低50％时的温度(T50)范围在46.1-56.7 ℃之间,且常绿物种的T50显著高于落叶物种.叶片形态方面,T50与叶面积显著正相关,与叶片厚度无显著相关关系.温度生态位方面,T50与年平均气温、最冷月最低气温呈显著正相关关系,但与最暖月最高气温无显著相关关系.T50具有较弱的系统发育信号,暗示T50受系统发育影响较小,受叶片形态与环境气候的影响较大.研究结果说明木兰科植物的叶片光合系统耐热性较强,但耐热性的气候适应可能并不受高温环境驱动,未来的高温事件对生活于更炎热地区的木兰科落叶植物威胁较大.

动物消化道栖息着复杂的微生物群落,它们与动物的生理和代谢过程有着密切的联系.现有研究表明消化道微生物的演化与多样性受到动物生存环境、饮食习惯、生活方式等因素影响,而消化道微生物群落组成和功能也可以影响到动物的进化,这种寄生与被寄生物种间的相互作用是二者进化过程中微生物多样性的重要驱动力.本文概述了动物与消化道微生物进化关系及不同动物的消化道微生物群的组成,并探讨了动物与消化道微生物群在适应性进化过程中的联系以及不同动物中消化道优势微生物,我们发现尽管动物消化道微生物区系组成具有多样性,但大多数动物消化道70％-90％的微生物群落仍然来自于厚壁菌门和拟杆菌门,其原因可能是这两个菌门在分解复杂碳水化合物方面有重要作用.同时我们也指出当前研究应考虑到动物和消化道微生物进化趋势的定义、进化速度以及动物与消化道微生物间存在的竞争与合作等因素对于二者进化关系的影响,以便于验证其准确性.

泛青藏高原地区拥有全球最丰富的高寒植物多样性,是生物多样性热点地区中的热点,也是研究地球环境演化与生物多样性演变过程的理想地区.该地区已经开展了大量谱系地理、生物地理学和进化生态学研究,对我们认识该地区的生物多样性演化及其维持机制具有重要意义.随着对青藏高原各地块构造演化历史研究的加深,该地区的生物多样性研究已经逐步迈入到地质-气候-生物过程的交叉研究.本文分析了青藏高原及其周边地区地质构造演化的最新研究进展,区分了青藏高原腹地、喜马拉雅和横断山,然后从青藏-喜马拉雅-横断山地区高寒植物多样性的起源及演化节奏、高寒植物的成分来源和区系交流以及高寒植物多样化的驱动因素等3方面总结了该地区高寒植物多样性的演化历史.最后,我们进一步提出在洲际或全球尺度上探讨不同地区高寒植物多样性演化历史的异同和联系,以及对高寒植物适应性进化策略的研究,以期深入理解高寒植物多样性分布格局的成因及其维持机制.

水生维管植物经历了从陆生向水生的"回归"演化,这个过程伴随着周围环境的一系列巨大变化,尤其是水体中无机碳环境与陆生生境的差异赋予了水生植物光合无机碳利用策略与陆生植物截然不同的生态学意义.本文综述了以光合作用为核心的水生植物无机碳利用策略的特殊性和多样性,以及研究水生植物无机碳利用策略的意义,并展望了基于水生植物尤其是水鳖科的无机碳利用策略为核心的植物适应机制研究的优势,旨在为水生植物适应机制和适应性进化研究提供新的思考方向.

卷柏科仅含1属,全球分布,具有宽幅生态适应性,属于维管植物基部类群石松类植物,现生约700种.卷柏科起源于泥盆纪,化石记录遍布自石炭纪至今的各地质时期.目前,现代卷柏属亚属的分类方案基本稳定,但对化石卷柏的亚属分类、以及地质历史时期的时空分布问题缺乏相关研究.本文全面总结了卷柏科化石记录的时代和地理分布,并结合分子系统学探讨其地理分布格局的演化,为该科植物的分类与进化研究提供参考.根据现有研究基础,结合最新的卷柏科系统分类研究成果和化石记录,对该类群化石的系统分类进行归纳和厘定,并对化石类群的卷柏亚属Selaginella、Hexaphyllum亚属及rhizophoric clade物种的分化和地理分布格局的形成进行讨论.研究认为,卷柏科起源于古生代的欧美植物区,不晚于二叠纪,其后伴随着泛大陆解体扩散至华夏植物区及冈瓦纳植物区.化石亚属Hexaphyllum是rhizophoric clade的基部类群,在石炭纪末灭绝.化石证据表明,从古生代末期起,rhizophoric clade已成为卷柏科的优势类群,并在中生代形成了全球分布的格局.