群体遗传学揭示了Mesembryanthemum nodiflorum在北美的入侵途径

《Ecology and Evolution》：Population Genetics Reveals the Invasion Pathways of Mesembryanthemum nodiflorum in North America

　　冰叶日中花（Mesembryanthemum nodiflorum）入侵美国加州和墨西哥的起源及遗传结构分析。通过RADseq和ISSR技术，对比南非原产地、北非-地中海引入区及北美入侵区的种群遗传多样性。结果显示南非为原产地，遗传多样性最高；北美入侵种群与地中海引入种群亲缘关系更近，存在桥头效应（南非→地中海→北美）。建议优先在南非开展生物控制剂 surveys，因其拥有最多的 specialist natural enemies。

　　本研究旨在探讨一种名为“细叶冰芥”（*Mesembryanthemum nodiflorum* L.）的植物在入侵范围内的遗传结构和来源，以更好地制定生物防治策略。细叶冰芥是全球范围内对生物多样性造成严重威胁的入侵植物之一，它在北美的西海岸，尤其是美国加利福尼亚州和墨西哥，已经形成了大规模的入侵。这些植物的快速扩散和对本地生态系统的破坏，使其成为生态和经济上都值得关注的入侵物种。由于传统的化学和机械控制手段成本高昂且可能带来生态风险，生物防治作为一种安全、经济的管理策略，近年来受到了越来越多的关注。

生物防治的核心在于寻找那些与目标植物具有高度特异性且能够在入侵区域成功生存和繁殖的自然敌人。为了更准确地确定细叶冰芥的入侵来源，本研究采用了两种先进的遗传分析方法：NextGen RADseq（限制性位点相关DNA测序）和ISSR（简单重复序列间扩增片段分析）。这些方法能够揭示不同种群之间的遗传差异和结构，从而帮助科学家识别哪些地区可能成为潜在的生物防治物种来源。

研究结果显示，细叶冰芥在南非的原生范围中具有更高的遗传多样性和独特的私有等位基因（Private Alleles），这表明其原生种群的遗传结构与入侵区域的种群存在明显差异。此外，研究发现，北美的入侵种群与地中海地区（包括北非）的引入种群更为相似，而非直接来自南非的原生范围。这一发现支持了“桥头效应”（Bridgehead Effect）的理论，即入侵种群可能通过中间区域（如地中海）逐步扩散到北美的环境。因此，未来在制定生物防治策略时，应优先考虑在南非原生范围内寻找自然敌人，因为那里可能存在更多的专性寄主昆虫。

在研究过程中，共采集了84个样本，涵盖南非原生范围、北非和地中海的引入范围，以及北美的入侵范围。通过对这些样本进行RADseq分析，研究团队成功获得了25亿多条片段序列，并经过多重筛选后，最终保留了约4862个SNP（单核苷酸多态性）数据点。这些数据揭示了细叶冰芥在不同地理区域之间的遗传结构差异，特别是在南非的原生种群中，遗传多样性较高，而入侵区域的遗传多样性则相对较低。这可能与入侵种群的遗传漂变、基因流减少以及适应新环境的压力有关。

ISSR分析进一步支持了这一结论，尽管其分辨率较低，但依然能够揭示不同种群之间的遗传相似性和差异性。研究发现，细叶冰芥的入侵种群与地中海地区的引入种群在遗传上更为接近，而与南非的原生种群则差异较大。这表明，细叶冰芥的扩散可能经历了多个阶段，其中地中海可能扮演了重要的中间区域角色，成为其向北美的扩散桥梁。

研究还探讨了不同种群之间的繁殖策略。在原生范围内，细叶冰芥表现出较高的自交率和较低的遗传多样性，这可能与其长期适应特定环境有关。然而，在入侵和引入范围内，细叶冰芥则显示出较高的异交率和遗传多样性，这可能与其在新环境中通过有性繁殖适应不同生态条件有关。这种灵活的繁殖策略有助于其快速扩张并占据新的生境，同时也为生物防治提供了更多可能性，因为入侵种群可能对某些自然敌人的适应性更高。

此外，研究发现，细叶冰芥在地中海地区的引入种群与北美的入侵种群在遗传上存在一定的关联，这可能与人类活动有关。例如，历史上通过贸易和航运，一些植物可能从南非被引入到地中海地区，并随后进一步扩散到北美洲。因此，细叶冰芥的扩散路径可能与人类的经济活动密切相关，而不是完全依赖于自然扩散。

在生物防治方面，研究团队已经发现了一些可能的候选物种，例如在南非原生范围内发现的两种食果甲虫（*Urodontus mesemoides* 和 *U. tessallatus*）。这些甲虫对细叶冰芥具有较强的宿主特异性，且可能在入侵区域具有良好的适应性。因此，未来的研究可以优先在南非的原生范围内进行生物防治物种的筛选和评估，以确保其对入侵种群的有效性。

然而，生物防治的实施并非一蹴而就。首先，需要对候选物种进行详细的生态和宿主特异性评估，以确保其不会对本地生态系统造成负面影响。其次，候选物种的引入和释放需要经过严格的环境风险评估和试验，以确保其在入侵区域能够有效控制细叶冰芥的生长和扩散。最后，生物防治应与其他管理措施相结合，如化学控制、机械清除和监测，以形成全面的入侵植物管理策略。

从生态角度来看，细叶冰芥的入侵对当地生态系统的影响是深远的。它不仅会与本地植物竞争资源，还会通过释放盐分影响土壤环境，从而改变生态系统的结构和功能。这种行为可能对本地物种的生存构成威胁，尤其是在高盐度、干旱的环境中。因此，控制细叶冰芥的扩散不仅有助于恢复生态平衡，还能够减少对农业和自然景观的破坏。

本研究的意义在于，通过结合现代和传统的遗传分析方法，提供了关于细叶冰芥入侵路径和遗传结构的更全面的理解。这一信息对于制定有效的生物防治策略至关重要。此外，研究还揭示了不同地理区域之间种群的遗传联系，为未来的研究提供了方向。例如，可以进一步调查地中海地区的引入种群是否在生物防治方面具有独特的优势，或者是否能够作为生物防治物种的潜在来源。

总体而言，本研究不仅加深了对细叶冰芥入侵机制的理解，也为未来在生物防治方面的研究提供了重要的参考。通过在南非原生范围内寻找和评估潜在的自然敌人，可以为北美的入侵区域提供更有效的控制手段。同时，研究也强调了人类活动在植物入侵过程中的重要性，提醒我们在引入外来物种时应更加谨慎，以防止类似的生态问题再次发生。