中国栎属高山栎组植物的进化历史与群体动态研究

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栎属植物全球分布广泛,是常见的森林建群种和优势种,具有重要的经济价值和生态价值。栎属植物种间界限模糊,种间杂交或者基因渐渗的情况频繁,其进化历史和气候及环境变化密切相关,一般被认为是研究物种适应性进化或者生态物种形成的模式物种。欧洲及北美地区很早就已开展对栎属植物的相关研究,尤其是在谱系地理学和景观遗传学领域,通过不同的分子标记以及分析方法,揭示栎属植物不同的群体历史和遗传分布格局。而中国作为栎属植物亚洲的分布中心,相关的研究却很少。本文主要通过谱系地理学和(或)景观遗传学的相关方法,使用叶绿体DNA(cpDNA)片段,ITS以及核微卫星(n SSR)标记研究分布于中国喜马拉雅-横断山区的高山栎组植物(刺叶高山栎,川滇高山栎以及毛脉高山栎)的进化历史和群体动态,揭示青藏高原的隆升以及第四纪以来的气候变化对分布于该地区的物种的遗传变异分布格局的影响。随后,我们还研究了广泛分布于中国亚热带地区的高山栎组植物刺叶高山栎的谱系地理结构和进化历史,检验基于中国亚热带地区分布的温带落叶植物的谱系地理学假说是否可以同样适用于该地区常绿植物的情况,同时揭示了中国亚热带地区分布的刺叶高山栎现今遗传分布格局的形成原因。本研究主要的结果和结论如下:1.本探究使用3个cpDNA(psbA-trnH,psbB-psbF和matK)片段,一个核基因(ITS)和12个n SSR位点,并结合生态位模型对刺叶高山栎,川滇高山栎以及毛脉高山栎(共33个居群608个个体)的进化历史和群体动态进行研究,结果表明:在分子水平上,这三个物种的种间界限模糊,物种(对)之间存在不对称的当代基因流。生态位模拟结果显示这三个物种的潜在分布区在末次间冰期到末次盛冰期都发生扩张,这与它们的有效群体大小变化情况是一致的,表明它们具有相似的群体动态。由于遗传漂变及生境片段化的影响,这三个物种内都存在高度的遗传变异,缺乏谱系地理结构。研究结果表明中新世以来的气候变化和青藏高原的隆升,影响这些物种的起源,分化以及分布区的变化。同时我们的结果也强调使用多学科的分析方法,如综合分子标记,生态位模型以及群体遗传学的不同分析方法,有利于研究者深入理解物种的进化历史和多样化。2.本研究使用4个cpDNA(psbA-trnH,psbB-psbF,matK和ycf1)片段以及12个n SSR位点,结合生态位模拟,气候因子分析以及景观遗传学的其他分析方法,对分布于中国亚热带地区的刺叶高山栎进行及谱系地理学和景观遗传学的分析,揭示该地区复杂的地形结构以及新生代以来的气候变化对刺叶高山栎异域分化和不同谱系间长期的地理隔离之间的关系。我们的研究结果表明:刺叶高山栎群体存在两大谱系,分别为位于西部地区的东喜马拉雅-横断山谱系和位于东部地区的华中-华东谱系,新生代以来的气候环境变化以及相应的地质事件导致这两大谱系的分化,而刺叶栎不同群体对不同环境的适应程度可能是维持这两大谱系分化的原因。我们的分析结果支持刺叶高山栎在中国亚热带地区存在多个避难所,或者存在避难所之内的避难所的情况。通过对刺叶高山栎的谱系地理学和景观遗传学的研究,揭示了环境因素和地理隔离对刺叶高山栎异域分化和长期地理隔离的影响,支持中国亚热带地区新生代以来的地质气候变化促进该地区分布植物的异域分化和多样化的谱系地理学假说。
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