美国栗树“起死回生”，基因研究指明恢复之路

栗树在美国文化中扮演重要角色，既是经济作物和食品资源的重要来源，也象征着坚韧与复苏精神。比如至今，美国很多地名（如街道）还在以“栗树”命名。不过，20世纪初，栗疫病（由真菌引起的疾病）在北美栗树种群中造成了巨大破坏，导致数十亿棵栗树死亡。这种疾病使得栗树无法繁殖、迁移或适应气候变化，对其种群产生了长期的影响。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，美国弗吉尼亚理工大学自然资源与环境学院的研究人员与美国栗树基金会合作，2024年7月22日在《美国国家科学院院刊》上发表了一项重要研究成果。该研究通过对美国东部阿巴拉契亚山脉范围内的美国栗树（American chestnut）进行基因组分析，揭示了该物种对不同环境条件的遗传适应性，并为恢复该物种种群和调整育种策略提供了重要指导。

上图：前景中是一棵美国栗树。图片来源：美国栗树基金会

美国栗树曾是阿巴拉契亚山脉地区重要的生态组成部分，为当地的森林生态系统提供了重要的食物来源和栖息地。然而，20世纪初，一种致命的真菌病害——栗疫病（Cryphonectria parasitica）席卷了整个美国东部，导致数十亿棵美国栗树死亡，该物种的野生种群数量急剧下降，几近灭绝。具体来说，这场灾难性的疫病导致数十亿棵栗树死亡，留下的大部分个体仅为树冠基部的萌芽，很少能够在遭受疫病侵袭前长大成树，使得栗树在野外几乎已经功能性灭绝。尽管如此，约有4亿棵栗树个体仍分布在其原生地区域，但缺乏广泛的自然繁殖使得其种群持续面临威胁。

为了恢复美国栗树种群，美国栗树基金会（TACF）开展了长达40年的育种工作，培育出了一系列抗病害的转基因栗树。TACF通过把美国栗树与中国板栗树（Castanea mollissima）杂交、并将后代回交到美国栗树中，同时在“美国栗树研究与恢复项目”（ACRRP）中尝试插入氧化物氧化酶（OxO）基因，研发出了更耐病的栗树品种，希望能广泛用于恢复栽植。但是，对于这些基因改良品种，由于缺乏足够的遗传和适应多样性，采取杂交策略以增加种群数量，并确保其在当地气候条件下生长的适应性，显得尤为关键。虽然通过后代回交育种计划已经引入了部分野生栗树的适应性变异，但这些品种中适应性变异的真正程度尚不为人所知。

图片图片来源：pixabay

将野生适应多样性引入回交育种种群中至关重要，因为这可以帮助增强栗树在不同环境下的生存能力和适应性。通过引入野生栗树的适应性变异，可以扩大基因池，增加抗病性和气候适应性，从而提高栗树在未来面临的各种挑战中的生存成功率。

为了更好地了解美国栗树的遗传多样性，美国弗吉尼亚理工大学的研究人员与美国栗树基金会合作，对来自阿巴拉契亚山脉不同地区的美国栗树进行了基因组测序。研究结果表明，美国栗树对不同环境条件表现出显著的遗传适应性。例如，来自北部地区的栗树基因组中含有更多的与耐寒相关的基因，而来自南部地区的栗树基因组中则含有更多的与耐热相关的基因。

该研究成果为美国栗树的恢复和育种提供了重要的科学依据。研究人员建议，美国栗树基金会在未来的恢复工作中应充分考虑栗树的遗传适应多样性，根据不同地区的环境条件选择合适的栗树种群进行种植。此外，研究人员还建议在育种过程中应注意保护栗树的遗传多样性，避免因过度育种而降低该物种的适应能力。

这项研究为恢复和保护生物多样性提供了宝贵的经验，同时也为应对气候变化等环境挑战提供了重要的参考。

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栗疫病（Cryphonectria parasitica）是一种由真菌引起的疾病，主要侵害栗树。这种真菌是引起欧洲栗树（Castanea sativa）和美洲栗树（Castanea dentata）等栗树种类的重要病原体之一。栗疫病的病原真菌会侵入栗树的表皮组织，导致树皮溃烂、树干腐朽，最终导致树木死亡。这种病害对于栗树种植业具有严重的破坏性，曾经在20世纪初对北美的美洲栗树种群造成了极大的破坏，引起了被称为“栗树大灭绝”的事件。为了对抗栗疫病，科学家们进行了大量研究，包括开发抗病品种和尝试生物防治方法。

适应多样性（Adaptive Diversity）是指在自然环境中，不同个体或种群通过遗传变异适应不同的生态条件和压力的能力。这种多样性使得物种能够在面对环境变化时保持生存和繁衍的能力，是生物多样性中一个重要的方面。适应多样性不仅关注基因组水平上的遗传变异，还涉及到这些变异如何影响个体或种群的生存和繁殖成功。

野生基因（wild genes）通常指的是自然界中野生动植物物种所持有的基因，这些基因在物种长期演化过程中逐渐积累并适应了其所处的环境条件。野生基因通过自然选择和遗传漂变的过程，使得物种能够在面对各种生态压力和环境变化时，保持适应性和生存能力。这些基因编码了种种特性，如抗病性、耐旱性、抗寒性等，对保持种群健康和物种生存至关重要。

在本研究中可以看出，野生的基因对于保护栗树至关重要，因为它们包含了栗树在自然环境中长期适应和生存的关键遗传特性。栗树曾经在北美东部广泛分布，根据当地的气候、土壤和其他生态条件发展出多样的适应策略。这些野生基因携带了对病害、气候变化和其他环境压力的不同响应方式，可以帮助新兴的抗病栗树品种更好地应对复杂的生态挑战。因此，保护和引入野生基因可以增加栗树种群的遗传多样性，提高其长期生存和适应性的潜力，是恢复和保护这一重要树种的关键策略之一。

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编译 | 王芊佳
审核｜Samantha
排版 | 绿叶

参考资料略