本文是一篇关于全球气候变化下生物入侵风险的多组学研究的学术论文，发表于2024年的《Global Change Biology》期刊。研究由Yiyong Chen、Yangchun Gao、Zhixin Zhang和Aibin Zhan等作者共同完成，研究机构包括中国科学院生态环境研究中心、广东省动物保护与资源利用重点实验室、中国科学院南海海洋研究所等。该研究得到了中国国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目的资助。
全球气候变化加剧了生物入侵的风险，外来物种的引入和扩散对生态系统和经济造成了严重破坏。然而，基因组和表观基因组变异在气候变化适应中的作用尚未得到充分研究。本研究以全球入侵性海鞘类动物Botryllus schlosseri为模型，探讨了基因组和表观基因组变异在未来气候变化适应中的作用，并开发了一个评估未来入侵风险的框架。研究旨在通过整合基因组和表观基因组数据，提高对气候变化适应和入侵风险的预测准确性。
研究分为多个步骤，主要包括环境数据收集、基因组和表观基因组变异分析、基因组和表观基因组偏移计算、以及基因组-表观基因组指数的构建。
环境数据收集：研究从Bio-ORACLE数据库中获取了12个海洋环境层的数据，包括当前（2000-2014年）和未来（2040-2050年和2090-2100年）的海表温度和盐度数据。未来气候预测基于两种代表性浓度路径（RCP）情景：RCP 4.5（中等排放情景）和RCP 8.5（高排放情景）。
基因组和表观基因组变异分析：研究收集了来自北半球9个地点的135个Botryllus schlosseri样本，通过2b-RAD和MethylRAD测序技术获取了全基因组SNP和DNA甲基化位点数据。通过多种统计方法（如PCAdapt、Bayescan、LFMM等）鉴定了与环境适应相关的SNP和甲基化位点。
基因组和表观基因组偏移计算：研究使用广义相异模型（GDM）和梯度森林（GF）模型计算了基因组和表观基因组偏移，评估了当前和未来气候条件下基因组和表观基因组变异的不匹配程度。基因组偏移和表观基因组偏移分别反映了基因组和表观基因组在未来气候变化中的适应潜力。
基因组-表观基因组指数构建：研究将基因组偏移和表观基因组偏移整合为一个统一的基因组-表观基因组指数（GEI），用于评估未来气候变化下的入侵风险。GEI值越低，表明种群对未来气候变化的适应能力越强，入侵风险越高。
基因组和表观基因组变异：研究鉴定了524个与环境适应相关的SNP和857个与环境适应相关的甲基化位点。基因组变异在低纬度和高纬度地区之间表现出较大的差异，而表观基因组变异在不同海洋生态区之间表现出更大的异质性。
基因组和表观基因组偏移：研究发现，基因组偏移和表观基因组偏移在不同海洋生态区之间存在显著差异。例如，在RCP 8.5情景下，北美西北大西洋（CTNWA）的种群表现出最高的基因组偏移和表观基因组偏移，表明这些种群在未来气候变化中面临较高的适应风险。相比之下，地中海（MS）的种群表现出最低的基因组偏移和表观基因组偏移，表明这些种群在未来气候变化中具有较高的适应潜力。
基因组-表观基因组指数：通过整合基因组偏移和表观基因组偏移，研究发现地中海种群的GEI值最低，表明这些种群在未来气候变化中具有较高的适应潜力，可能在未来具有较高的入侵风险。相比之下，北美西北大西洋和北欧海域（NUS）的种群表现出较高的GEI值，表明这些种群在未来气候变化中面临较高的适应风险。
研究结果表明，基因组和表观基因组变异在适应未来气候变化中具有互补作用。基因组变异主要影响长期的适应性进化，而表观基因组变异则通过表型可塑性提供快速的适应性响应。通过整合基因组和表观基因组数据，研究开发了一个新的预测框架，能够更准确地评估未来气候变化下的入侵风险。
研究的科学价值在于首次将表观基因组信息整合到气候变化适应和入侵风险的预测模型中，为未来的生物入侵管理提供了新的工具。此外，研究还揭示了基因组和表观基因组变异在适应未来气候变化中的互补作用，为理解物种的适应性进化提供了新的视角。
该研究不仅为理解物种在气候变化下的适应性进化提供了新的视角，还为未来的生物入侵管理提供了科学依据。通过整合多组学数据，研究为预测物种在未来气候变化中的适应能力和入侵风险提供了新的方法，具有重要的科学和应用价值。