珍稀植物的存续不仅关乎单一物种的命运，更承载着生态系统功能的维系与漫长进化历史的延续。对于单种属植物而言，其种群减少或灭绝意味着整个进化谱系的衰退或消亡，对生物多样性和生态系统稳定性造成不可逆的影响。蕨类植物因其基因组大、染色体数目多、且普遍存在非整倍化和种内倍性复杂等特征，使其偏离了以二倍体为核心构建的经典遗传学理论与分析框架。传统依赖二代测序技术的研究多侧重于非编码区的中性遗传变异，在缺乏高质量参考基因组的情况下，难以区分功能性编码区变异与中性标记，限制了对自然选择、遗传负荷和适应性演化的系统评估。在保护基因组学研究背景下，整合遗传漂变、近交、自然选择等多重进化过程，对蕨类植物开展基因组尺度的研究已显得较为迫切。

中国科学院华南植物园陈红锋研究团队和康明研究团队，联合上海辰山植物园、深圳仙湖植物园、南宁师范大学及比利时根特大学等国内外科研团队，系统解析了濒危蕨类植物苏铁蕨（Brainea insignis）的演化历史与濒危机制的基因组基础（图1）。该研究首次完成了苏铁蕨染色体级别基因组组装，组装大小达 8.62 Gb，并在此基础上开展了系统的比较基因组学与群体基因组学分析。研究发现，苏铁蕨经历了一次与整个核心薄囊蕨类共享的古全基因组加倍事件，其庞大的基因组主要由长末端重复反转录转座子（LTR-RTs）的长期积累所驱动，并整体表现出相对缓慢的进化速率。此外，苏铁蕨特有的木质茎结构适应性演化，与木质素生物合成相关基因家族的扩张及功能高度保守密切相关，这解释了为何在进化的远端分支上又出现了“树状”特征。

图1. 苏铁蕨形态示意

群体基因组学分析揭示了云南（YN）、越南（VN）和华南（SC）三个遗传分化谱系，当前的群体结构形成受第四纪冰期、冰后期的扩张和区域性基因流等多重历史事件的共同影响（图2）。与长期维持极小有效群体的濒危物种不同，苏铁蕨经历的是相对近期的种群衰退，导致有效群体大小急剧下降、近交水平升高以及有害突变的显著积累，遗传负荷明显加重，表明遗传清除作用尚未成为主导进化力量，当前种群正处于持续衰退阶段。进一步的环境关联分析表明，各遗传谱系已出现与气候因子相关的局部适应信号。遗传偏移模拟预测，在未来气候变化情景下，苏铁蕨种群分布将进一步碎片化，其中中南半岛西南部种群面临的灭绝风险可能最高（图3）。

图2. 苏铁蕨的遗传结构和群体历史

图3.苏铁蕨的适应性分化和遗传偏移分析

相关研究成果以 “Decoding the genome of Brainea insignis reveals insights into fern evolution and conservation” 为题于近日发表在国际学术期刊Nature Communications（《自然-通讯》）上。该研究不仅拓展了蕨类植物基因组学研究，揭示了群体历史在塑造濒危物种遗传现状的关键作用，而且为制定维持生境连通性、促进适应性基因流的空间化保护策略提供了重要理论依据和科学支撑。中国科学院华南植物园夏增强博士研究生为论文第一作者，康明研究员、王发国研究员和Yves Van de Peer教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究旗舰项目等资助。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-68053-0