扩张负荷降低入侵植物分布边缘的适合度

遗传漂变和自然选择共同塑造种群在扩张过程中如何演化，然而，人们很少考察二者对扩张范围边缘种群适合度的联合影响。范围扩张过程中的连续奠基者事件可能会增强遗传漂变，导致有害突变在范围边缘积累（或表现得更加明显），这一现象被称为扩张负荷。相反，只要种群具有足够的遗传变异，自然选择应当会在扩张过程中促成局部适应。我们采用操纵性移植实验、全基因组单核苷酸多态性（SNP）数据以及对入侵植物艾菊（Tanacetum vulgare）的种群学调查，评估其在美国明尼苏达州经历约150年的入侵过程中是否存在扩张负荷和局部适应的证据。共同花园实验地点位于其南部范围边缘附近，纳入了16个种群，这些种群涵盖了：（1）从明尼苏达州东北部（入侵核心区）到南部和西部范围边缘的入侵年代序列；以及（2）温度和降水的环境梯度。我们还操纵了温度和降水，以检验环境胁迫是否会增强扩张负荷的表现，或揭示种群在气候适应方面的分化。 种群适合度随着其距入侵核心区距离的增加而显著下降，这与扩张负荷的积累相一致。对173个种群的分析进一步证实了这一发现：从入侵核心区到范围边缘，种群纯合度（F）增加，而种群规模减小。我们没有发现局部适应的任何证据；种群平均适合度与环境距离之间存在显著的正相关关系，表明种群发生了适应不良。尽管升温处理降低了适合度，但并未增强扩张负荷的表现。总体而言，我们的结果支持这一假说：连续的种群瓶颈和强烈的遗传漂变导致了扩张负荷，并降低了范围边缘种群的适合度。

遗传漂变和自然选择共同塑造种群在扩张过程中如何发生进化，然而二者对扩张范围边缘种群适合度的联合影响却很少受到研究。范围扩张过程中的连续奠基者事件可能增强遗传漂变，导致有害突变在范围边缘种群中累积（或更充分地表达），这一现象被称为扩张负荷。相反，只要种群具有足够的遗传变异，自然选择应当在扩张过程中促成局部适应。我们采用控制性移栽实验、全基因组单核苷酸多态性（SNP）数据以及入侵植物艾菊（Tanacetum vulgare）的种群生态调查，评估其在美国明尼苏达州经历约150年入侵过程中是否存在扩张负荷和局部适应的证据。共同花园实验位于其南部范围边缘附近，包括16个种群，这些种群涵盖：（1）从明尼苏达州东北部（入侵核心区）延伸至南部和西部范围边缘的入侵时序序列；以及（2）温度和降水的环境梯度。我们还对温度和降水进行了操纵，以检验环境胁迫是否会增强扩张负荷的表达，或揭示种群在气候适应性方面的分化。种群适合度随其与入侵核心区距离的增加而显著下降，这与扩张负荷的累积相一致。对173个种群的分析进一步证实了这一结果：从入侵核心区到范围边缘，种群纯合度（F）升高，而种群规模减小。我们未发现局部适应的任何证据；种群平均适合度与环境距离之间存在显著的正相关关系，表明种群存在适应不良。尽管升温处理降低了适合度，但并未增强扩张负荷的表达。总体而言，我们的结果支持以下假说：连续的种群瓶颈和强烈的遗传漂变导致了扩张负荷，并使范围边缘种群的适合度降低。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.31.741867v1?rss=1

🏷️ 扩张负荷 入侵植物 范围扩张 遗传漂变 局部适应 种群适合度