NC重磅 | 图形泛基因组揭示TEVs驱动的葡萄气候适应
在全球气候变化加剧的背景下，作物野生近缘种蕴含的适应性遗传资源对农业可持续发展意义重大。东北葡萄具有突出的耐寒、抗旱等抗逆特性，是葡萄改良的重要基因来源。然而，其在自然分布范围内的遗传多样性格局及气候适应潜力仍缺乏系统研究，尤其是转座元件相关结构变异在局部适应中的作用尚不清晰。
中国热带农业科学院周永锋团队于2026年2月26日在国际著名期刊Nature Communications上发表了标题为“Population genomics reveals association of transposable elements variants with climatic adaptation in wild Amur grape”的研究性论文，本研究构建了东北山葡萄（Vitis amurensis）图泛基因组并系统鉴定转座子相关结构变异（TEVs），通过基因型-环境关联分析揭示其在温度和降水等气候因子驱动的环境适应中的重要作用，并评估了其对未来气候变化适应潜力的影响。
一、山葡萄的单倍型基因组组装及转座元件（TE）图谱
为全面解析山葡萄的遗传多样性，本研究选取4份代表性材料开展单倍型解析基因组从头组装，整合高深度PacBio HiFi与Hi-C数据，构建了总长约497-512 Mb的高质量基因组。组装连续性优良，contig N50最高达24.15 Mb，准确率超过99.99%，BUSCO完整性超过98%，显示出较高的完整性和可靠性。基因组中约63%为重复序列，主要由反转录转座子和DNA转座子构成。转座元件插入时间分析表明，其在约500万年前出现显著扩增，近代插入事件明显减少，提示大多数转座元件为古老遗存。
图1. 山葡萄形态特征、基因组组装及种群结构
二、山葡萄群体中TEV的群体遗传动态
本研究对山葡萄31个自然群体的330份材料进行全基因组重测序，结合图泛基因组构建，系统解析转座元件相关结构变异（TEV）的群体遗传特征。共鉴定约4145万个SNP、685万indel和12.7万个TEV，后者占全部结构变异的57%以上。群体结构分析将样本划分为西部、中部、东北和南部四大类群，分化格局清晰。遗传多样性分析表明，TEV与SNP多样性显著正相关，且其周围存在SNP偏向性富集现象。多数TEV分布于基因间区且等位频率较低，可能受到纯化选择；而在编码区高频存在的TEV则可能受到正选择。功能富集结果显示相关基因显著涉及防御响应与免疫调控过程。
图2. 山葡萄种群中 TEVs 的群体遗传学特征
三、TEV在山葡萄局部适应中的潜在作用
本研究基于基因型-环境关联分析，系统揭示TEV在山葡萄局部适应中的重要作用，共鉴定22,419个潜在适应性变异和823个候选基因。结合梯度森林（GF）模型筛选出六个关键环境因子，包括温度季节性、海拔、降水季节性、等温性、最暖季度降水量和最暖季度平均温度，其中温度季节性被认为是东北地区群体局地适应的主要驱动力。LFMM分析共鉴定22,419个潜在适应性变异，进一步发现多个与降水和温度适应相关的关键基因，如TLP3、ICE1、CAMTA2、CBF1和HHP4等。TLP3上游Gypsy型LTR插入与降水季节性显著正相关，ICE1调控区SNP与温度季节性显著负相关，均呈现出清晰的地理分化格局。功能富集分析显示相关基因主要参与低温与干旱等胁迫响应。环境方差解释结果进一步表明，TEV在多个气候因子中的贡献突出，部分指标甚至高于SNP和indel。
图3. 与降水相关环境变量相关的适应性变异的基因组定位
图4. 与温度相关环境变量相关的适应性变异的基因组定位
四、TEV在未来气候变化基因组适应中的作用
本研究基于未来气候变化情景，评估TEV在山葡萄基因组适应中的作用。利用LFMM与RDA筛选的核心适应性变异，在SSP245和SSP585情景下预测群体遗传偏移，以量化未来维持适应所需的等位基因频率变化。结果表明，随着排放强度升高，群体遗传偏移显著增加，其中东北群体对未来气候变化最为脆弱。模型比较进一步显示，在纳入适应性TEV后，群体遗传偏移显著降低7.3%-8.2%，而随机TEV并未产生类似效果，说明适应性TEV能够通过提供补充性的功能遗传变异提升群体的环境适应潜力。进一步将迁移因素加入分析发现，限制扩散距离会增加前向遗传偏移，表明基因交流有助于缓解气候变化带来的适应压力。
图5. 对未来气候变化的预测平均遗传偏移
结语
本研究以野生东北山葡萄（Vitis amurensis）为研究对象，构建了基于8条单倍型组装的图形泛基因组参考，并对31个自然种群的330份材料进行重测序，获得了包括大量TEVs在内的丰富的基因组变异信息。研究发现SNP在TEVs附近呈聚集分布，表明TEVs可能影响局部遗传多样性。通过基因型-环境关联分析，鉴定出多种与温度和降水等气候因子相关的适应性变异及候选基因，如TLP3和ICE1，揭示了TEVs在环境适应中的重要作用。进一步利用遗传偏移模型评估未来气候变化影响，结果表明加入适应性TEVs可降低遗传偏移预测值，说明其在提高气候适应能力预测准确性方面具有重要意义。