在新的真菌流行病下，野生白蜡树种群的快速多基因适应

这篇论文研究了欧洲白蜡树（Fraxinus excelsior）在面对入侵的真菌病原体Hymenoscyphus fraxineus时的快速多基因适应。研究的重点是通过全基因组重测序和基因组预测方法，量化白蜡树在这种强选择压力下的遗传响应。以下是论文的主要内容和结构：

研究背景与目的

背景：欧洲白蜡树正面临由Hymenoscyphus fraxineus引起的真菌流行病，这种病害在过去三十年中席卷了欧洲。研究表明，白蜡树种群中存在对该真菌的遗传变异性，这为自然选择提供了基础。

目的：本研究旨在探讨在这种新的自然环境中，白蜡树是否通过小幅度的等位基因频率变化在多个基因位点上实现了适应性响应。研究者希望通过基因组预测方法，检测出与抗病性相关的等位基因频率变化。

方法

样本采集与表型评估：研究在英国东南部的Marden Park林地进行，该地自2012年以来已受到H. fraxineus的影响。研究者在2019年和2021年对林地中的白蜡树进行了表型评估，记录了树木的健康状况和冠层覆盖率。

基因组测序：研究者对580棵白蜡树（包括128棵流行病前的成年树和452棵流行病后的幼树）进行了全基因组重测序，测序覆盖率约为11X。

基因组预测：利用先前在大规模田间试验中识别出的10,000个与抗病性相关的SNP位点，研究者计算了每棵树的基因组估计育种值（GEBV），以评估其遗传抗病性。

结果

表型变化：研究发现，从2019年到2021年，幼树的健康状况显著下降，表现出更高的病害损伤。这与欧洲范围内白蜡树枯萎病流行的进展一致。

遗传变化：通过基因组预测，研究者发现后流行病世代的幼树的GEBV显著高于流行病前的成年树。这表明在强选择压力下，幼树中与抗病性相关的等位基因频率发生了变化。

等位基因频率变化：研究显示，等位基因频率的变化与其效应大小相关，表明选择压力导致了多基因位点上的适应性变化。

讨论与结论

适应性响应：研究证明了在强选择压力下，白蜡树种群通过多基因位点的小幅度等位基因频率变化实现了快速适应。这种适应性响应可能有助于种群的进化性拯救，即在面对环境剧变时维持种群的生存。

应用前景：研究结果表明，通过基因组选择加速这种自然选择过程，可以为白蜡树的育种计划提供指导，从而提高其抗病性。

术语解释

• 基因组估计育种值（GEBV）：一种基于基因组数据预测个体在某一性状上的遗传潜力的数值。
• SNP（单核苷酸多态性）：基因组中单个核苷酸的变异，是遗传多样性的常见形式。
• 多基因适应：涉及多个基因位点的小幅度等位基因频率变化的适应性响应。

贡献

本研究首次在野生种群中实证了多基因适应的快速性和有效性，填补了进化生物学中关于复杂性状适应机制的研究空白。研究方法和结果为其他自然种群在面对环境变化时的适应性研究提供了参考。