枫香树和缺萼枫香树的物种形成与适应性进化

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eagle_19810
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
生态位分化如何驱动物种形成这一科学问题将物种多样性与环境适应性二者紧密地联系在一起,是生态学与进化生物学的核心问题之一。东亚亚热带山地既是森林树种的博物馆也是其摇篮,然而我们对第三纪以来的气候改变和生态转变如何驱动该地区森林关键类群的物种形成和适应性进化还知之甚少。第三纪孑遗植物枫香树和缺萼枫香树是分布于我国亚热带山地的重要经济林树种,二者为姐妹类群,分布于不同植被类型,呈海拔替代分布,生态位分化明显,种间具有一定基因流,是研究东亚森林关键类群物种形成和生态适应的理想系统。本研究基于全基因组测序和重测序技术,利用群体基因组学方法和原理,解析了枫香树和缺萼枫香树物种形成和适应性分化的过程与机制。主要研究结果和结论如下:(1)枫香树基因组特征利用二代和三代测序技术对枫香树基因组进行高通量测序,组装基因组大小为 720.55 Mb,contig N50 和 scaffold N50 分别为 1.46 和 1.74 Mb。枫香树仅经历了一次γ全基因组复制事件,有230个基因家族发生显著扩张,201个基因受到正选择。GO富集分析结果显示,这些基因与受损DNA结合、DNA修复和响应压力相关,可能提高了枫香树的适应能力。(2)蕈树科系统发育关系和生物地理分析利用338个单拷贝直系同源基因构建了可靠的蕈树科系统发育树,结果支持蕈树科包含东亚分支和北美-西亚分支,二者的分化时间在中新世早期(21.91 Mya);证实了枫香树和缺萼枫香树的姐妹种关系,二者的分化时间在中新世晚期(5.57Mya)。祖先性状重建表明蕈树科叶片习性从落叶到常绿的转变具有气候适应性意义。(3)枫香树和缺萼枫香树群体遗传结构和种群动态历史分析枫香树和缺萼枫香树的遗传多样性水平相当(π=4.4×10-3 vs.4.3×10-3),均呈现明显的谱系地理结构,种间基因流较小(1.39×10-5vs.1.90×10-6)。种群动态历史分析表明两个物种在中新世晚期(5.76Mya)发生分化,在更新世晚期(枫香树:16,713 ya;缺萼枫香树:15,969ya)群体开始扩张,全新世发生二次接触(9,000 ya)。(4)枫香树和缺萼枫香树生态适应性分析ENM分析表明枫香树和缺萼枫香树最适分布区位于中国亚热带地区南部和中部,目前、末次冰期和间冰期的生态位一致性分析表明二者存在明显生态位分化。基于遗传和环境关联(Baypass)分析方法,我们鉴定了 1,773个枫香树特有基因与环境因子高度相关,这些基因的功能主要与代谢相关,而缺萼枫香树特有的8,545个与环境高度关联的基因则主要和响应强光、紫外线辐射及花发育等相关。(5)种间的基因组分化水平和增强选择枫香树和缺萼枫香树的基因组上存在多个微小的分化岛屿,这些岛屿所在的染色体区域表现出遗传多样性显著降低、Tajima’s D更偏离于0以及DXY值升高的现象,表明这些区域的形成可能与选择清除作用以及古代多态性相关。大部分(87.1%)岛屿位于枫香树基因组的低重组区域,说明高分化岛屿形成很可能与枫香树的低重组率相关。我们通过同域和异域群体的FST查找和ABB A-BAB A验证,鉴定出284个受增强选择的基因,其中有27个基因与开花时间、花粉发育和配子体形成有关,很可能在植物合子前生殖隔离中起重要作用,其它基因主要与细胞发育和增殖、新陈代谢、压力响应等有关。综上所述,晚中新世以来的冰期避难所隔离和环境异质性导致的自然选择促进了枫香树和缺萼枫香树的物种形成,种间的同域分布与冰后期种群扩张以及二次接触过程有关,并通过增强选择进一步促进了二者的合子前生殖隔离。本研究的结果不仅加深了人们对东亚森林植物多样性形成的理解,也为第三纪孑遗树木的保护和利用提供了重要理论基础。
其他文献
运动性对于细菌的生存和致病至关重要。鞭毛马达能以每秒300-2400转的速度带动鞭毛丝旋转进而推动细菌前进。鞭毛马达结构复杂,组成蛋白超过25种,能量转化效率接近100%,被誉为是自然界最高效、最精密的分子引擎之一。几十年来,鞭毛马达一直是微生物学、生物物理学和结构生物学研究的热点和难点,然而鞭毛马达的组成成分,结构组装和扭矩传输机制仍不清楚。本文中,我们首先对鼠伤寒沙门氏菌的鞭毛丝基因fliC和
学位
黑腹果蝇唐氏综合征细胞黏附分子1(Dscam1)基因座通过互斥可变剪接编码38,016种潜在亚型。Dscam1的高度多样性足以赋予每个神经元独特的分子标签,使神经元能够区分自我和非我。而在脊椎动物中,成簇的原钙黏蛋白基因(cPcdh)通过可变启动子产生亚型多样性,进而发挥类似的功能。最近,本课题组在螯肢动物亚门中发现了缩短型Dscam(sDscam),其与黑腹果蝇Dscam1的序列高度相似,并且与
学位
研究目的 生境片段化是物种受胁和生态互作丧失的主要原因之一。互惠的植物-传粉网络对生态系统功能的维持具有重要意义,对互惠双方的繁殖和存续都至关重要,而片段化程度的增加将破坏互惠双方资源的可用性,造成局域物种和互作的丧失。本研究以千岛湖片段化陆桥岛屿系统为平台,开展以下3个方面问题的研究:(1)生境片段化将导致物种丰富度和物种组成发生变化,形成复杂的时空格局。随着片段化斑块面积的减小,植物和传粉者的
学位
转化生长因子-β(Transforming Growth Factor-β,TGF-β)是维持哺乳动物细胞正常活动至关重要的细胞因子。经典的TGF-β信号通路起始于胞外TGF-β配体与跨膜蛋白Ⅰ型受体(TGF-β type Ⅰ receptor,TβRI)和Ⅱ型受体(TGF-β typeⅡreceptor,TβRⅡ)结合,激活后的TβRⅠ会招募并磷酸化R-Smad蛋白(Receptor regul
学位
精子发生过程为成熟精子的产生奠定基础,PIWI蛋白参与精子发生过程中的精原干细胞增殖、减数分裂以及精子形成的调控是值得关注的科学问题。十足目甲壳动物中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)作为产生无尾类精子的代表物种,学术界对其生精细胞发育过程调控的研究较少,PIWI蛋白是否及如何参与中华绒螯蟹精子发生的调控未知。本研究以中华绒螯蟹为研究对象,初步分析了PIWI蛋白在中华绒螯蟹精子发生中
学位
竞争是局域尺度上导致树木生长下降进而死亡的最重要原因,然而竞争影响树木生长的机制目前仍不清楚。本文以江西省南部的高密度马尾松(Pinus massoniana)林为对象,通过野外调查、收获法取样和室内分析对竞争影响树木生长的生态学机制开展了以下三部分研究:(1)量化竞争对树木生长(长势:生物量、胸径生长速度)的影响;(2)分析树木构型、生物量分配、非结构性碳水化合物(NSC)、化学计量特性、水分利
学位
细胞色素c(c-Cyt)是一类血红素(heme)辅因子以共价方式与蛋白多肽链连接的蛋白质,作为电子载体和氧化还原酶广泛地参与生物体能量的传递过程,如呼吸作用与光合作用。希瓦氏菌(Shewanella)是一类兼性厌氧的革兰氏阴性菌,具有异乎寻常的呼吸(电子受体还原)多样性,在生物能源和环境生物修复方面应用前景广阔。这主要归因于这类菌编码数量众多、功能各异的c-Cyts,例如该属中的研究模式,奥奈达希
学位
植物生长发育受环境条件的广泛影响。植物生长具有固着性,无法像动物一样移动以躲避不利环境。植物要感知环境的变化,并将这些信号传递给下游转录因子,以调节基因表达并触发后续生理响应适应变化的环境。在全球变暖的背景下,了解植物如何应对环境温度升高的分子机制,有利于改善植物对环境的适应性。在高等植物中,温和高温会使植物形态发生一系列变化,这一过程统称为热形态建成。b HLH转录因子PIF4在拟南芥的热形态建
学位
球孢白僵菌(Beauveria bassiana)等丝状昆虫病原真菌是真菌杀虫剂和杀螨剂的主要来源,不仅对自然环境友好,而且对野生蜜蜂安全。昆虫病原真菌的生物防治潜力取决于它们的毒力,胁迫耐受性和无性发育性状,后者关系到作为真菌杀虫剂活性成分的分生孢子产量和质量。因此,真菌生物防治潜力是由复杂信号传导和表观遗传网络控制的多种细胞生物过程和事件的集中体现。组蛋白赖氨酸甲基转移酶(hi stone l
学位
恶性肿瘤是影响人类健康的重大难治性疾病。其中休眠肿瘤干细胞能够抵抗目前传统的放化疗及免疫治疗,是恶性肿瘤形成及术后复发和转移的主要因素。目前肿瘤的临床治疗手段通常针对大部分活跃的肿瘤细胞,但无法清除抵抗放化疗及免疫治疗的休眠肿瘤干细胞。由于激活后的休眠肿瘤干细胞丧失其治疗耐受并且通过清除休眠肿瘤干细胞能够消除肿瘤的恶性演变能力,因此休眠肿瘤干细胞的激活清除或休眠维持被认为是目前治愈恶性肿瘤的重要途
学位