基于形态特征描述并建立生物分类系统，是保护和利用生物多样性资源的条件。但复杂自然环境和进化历史，可使得不同物种具有相似形态特征，也会造成一个物种具有高水平的表型性状多样性，干扰分类鉴定。在生物资源保护和利用中，分类鉴定问题可引发科学研究的错误结论，甚至造成经济损失。因而，对已有分类系统开展分类群界定的准确研判，是实现生物资源保护和利用的一个前提。整合分类界定方法是评价分类群界定准确性的现代工具箱，主要在形态证据的基础上，综合利用遗传结构证据、生态位差异证据以及繁殖生物学证据，对分类群界定作出判别结论。对林木类群，一般在获得繁殖隔离或繁殖屏障方面的证据后，即可直接得到分类界定结论，但常常因树体过高而难于规模化开展繁殖生物学实验。因而，实践中对林木类群进行的分类界定（taxonomic delimitation）研究和判别分析，大多采用形态证据、遗传结构证据、生态位差异证据（简称三类证据）。

丽江云杉复合体是分布在我国西部地区的一个松科云杉属分类群。传统上的丽江云杉复合体主要包括川西云杉、丽江云杉、林芝云杉，它们具有不同的形态特征和分布地，是青藏高原及周边区域的重要自然林树种和人工林树种。然而，这三个类群的分类界定研究，遭遇到了“三类证据接连失效”的困境。在近缘分类群的界定分析中，此种困境较为常见，成为阻碍生物资源保护和利用的一道难关。为解决该难题，研究团队利用遗传过渡带群体（亦称杂交带、杂交群），引入新分析方法，揭示出不同类群间存在“外来基因逐渐被消除”的基因组信号。该研究为三个类群的分类界定提供了一类新证据——“外来基因被消除”。

一、三类证据的发现和破灭

十多年前，科研人员对丽江云杉复合体3个分类群（或变种）的遗传结构、生态位差异以及分化历史进行了系统研究（Li et al. 2013 Molecular Ecology 22, 5237–5255）。研究结果表明，具有不同形态特征的川西云杉、丽江云杉、林芝云杉，一致性地具有不同的遗传结构和生态位，但也发现3个类群之间发生过高水平的基因交流。该研究应用整合分类方法，初步提供了丽江云杉复合体分类界定的三类证据。

在2016年发表的一项研究工作（Ru et al. 2016 Molecular Ecology 25, 2373–2386）中，科研人员发现，原本被划入麦吊云杉的油麦吊云杉变种，其基因与丽江云杉有极高相似度，因而基于遗传分析推定油麦吊云杉与丽江云杉有更近缘的分支关系。该研究揭示，整合分类分析常用的形态差异证据，可能并不完全适合丽江云杉复合体内的分类界定研究，提示了“形态差异证据可能失效”。

在2018年发表的一项研究工作（Sun et al. 2018 Evolution 72, 2669–2681）中，科研人员发现，丽江云杉复合体内的4个分类群之间不仅发生了高水平的基因交流，而且它们的演化模式符合“二次接触”模型（the secondary contact model）。在二次接触模型中，两个分类群在分化后，曾在一段时期内处于地理隔离状态，演化出较高水平的遗传分化，但随着环境变化或分布区移动，两个分类群之间发生大量杂交和基因交流，导致曾经的高水平遗传分化逐渐减小。

二次接触模型直接导致分类界定的三类证据全部陷入“存疑”状态，继而失准、失效。这是因为当前观察到的形态差别、遗传分化、生态位差别，可能都是地理隔离的副产品。在后续发生大量杂交和高水平基因交流的过程中，这三类证据可能都会消失不见。但，基因流增大是否一定表明它们在将来某一天融合到一起？

二、新证据——“外来基因被消除”

高通量测序技术不断发展，极大地降低了单位数据获取成本，这使得研究人员可以对丽江云杉复合体开展大规模基因测序。研究团队较全面地采集了川西云杉、丽江云杉、林芝云杉的自然分布群体，特别是对三个类群自然分布地点之间的遗传过渡带即杂交带群体进行了密集取样。川西云杉和丽江云杉的杂交带群体主要分布在四川西部折多山至西藏东部东达山等山地。川西云杉和林芝云杉的杂交带群体主要分布在西藏然乌湖及周边邻近区域。在折多山和然乌湖及周边区域的杂交带群体中（图1），树木表型性状与川西云杉形态特征近似。进而，应用转录组测序方法获得大量基因序列数据。利用川西云杉、丽江云杉、林芝云杉的典型群体和杂交带群体的基因序列数据，研究团队对分类群之间的基因渗入过程进行了细致分析。

研究团队使用了一个新统计量——相对杂交指数ω_H = Hn/Hs，研究错义变异在基因迁动中的相对于同义变异的速率。分析表明，在距离川西云杉纯林较近的杂交群体中（图b和c），ω_H 较小，表明来自丽江云杉或林芝云杉的错义变异在这些区域的渐渗比例明显更低。这一结果说明，来自丽江云杉或林芝云杉的外来基因，在迁入川西云杉群体的过程中，川西云杉分布地的环境因素或基因组背景对迁入的错义变异施加了选择性消除压力，进而产生了外来基因被清除的基因组结果。

三、分类界定的终极问题？

我，在玉龙雪山采集丽江云杉的种子，放到东达山的川西云杉林中。十万年后，它们会融合为一个物种吗？如果它们融合了，那么它们应是一个物种。如果它们不能融合，那它们应是两个物种。

二次接触模型示意了近期高水平基因交流，导致了三类分类界定证据接连失效。但我们认为它们不会完全融合为一个物种，研究结果——“外来基因逐渐被清除”——强力支持了它们的分类地位。

伴随气候变暖，很多林木群体被认为将向高海拔和高纬度地区迁移和扩散。由此推测，在高海拔地区造林，应重视中高海拔地区的种源。但我们对川西云杉、林芝云杉和丽江云杉的研究结果表明，低海拔处森林向高海拔地区的基因流，主要以同义变异为主。在非同义变异迁入高海拔区域时，基因流下降速度明显低于同义变异，表明川西云杉种群中可能包含了抵御外来基因流污染的遗传因子。这表明，在川西云杉分布地及周围区域开展人工营造云杉林任务，应考虑以川西云杉种子作为重要的造林种子来源，谨慎使用丽江云杉或林芝云杉作为种源类群。

该项研究由中国科学院西双版纳热带植物园孙永帅、鲁志强、朱晖和兰州大学汝大福联合完成，新证据发表在BMC biology上 。研究得到中国科学院、国家自然科学基金委、云南省科技厅等项目的资助。

论文链接

图1 （a）川西云杉RUB、林芝云杉LIN、丽江云杉LIK分布区域以及杂交带群体采集地。（b和c） 在两处杂交带中，相对杂交指数ω_H^-距离关系，表明选择在塑造基因渗入式样中的作用。水平坐标轴表示每个杂交带群体到RUB分布地中心的距离。