中国被子植物多倍体物种分布格局 ——以猕猴桃属植物为例

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多倍化在被子植物的起源和多样化的过程中发挥了重要作用,是物种进化重要的驱动力。中国被子植物区系演化历史悠久,物种多样性较高,拥有三万余种被子植物。然而,中国被子植物多倍体物种的分布格局及其驱动因素依然不是很清楚。为此,本研究拟以猕猴桃属植物为例从中国被子植物区系、猕猴桃属和中华猕猴桃混合倍性物种等三个层次开展研究。研究方法和结果如下:(1)被子植物区系:本研究基于我国8,167种被子植物的染色体数目推断了中国被子植物的倍性,发现我国大约有33.15%的物种为多倍体,单子叶植物和木兰类植物分别拥有最高的多倍体频率和多倍化物种形成率。在空间分布格局上,中国被子植物多倍体频率大致以胡焕庸线为分界线,呈现西高东低的分化格局,其中频率最高的区域在青藏高原;古多倍体频率则与之相反。年平均温度和年降水是影响多倍体和古多倍体地理分布格局的主要驱动力;此外,生活型也是塑造被子植物多倍体和古多倍体地理分布格局的重要原因;多倍体生存指数西高东低的地理趋势,表明多倍化和重二倍化分别在西部成为草本植物的分化中心和东部成为木本植物的“摇篮”和“博物馆”的过程中起了重要作用。(2)猕猴桃属:基于cp DNA+ITS的串联序列重新构建了猕猴桃属的种间关系和进化历史。猕猴桃属物种开始分化于新近纪早期,其中大部分物种(85%)大约在10个百万年内形成。染色体进化模型模拟结果发现猕猴桃基本染色体数经历了祖先染色体加倍后再进行非整倍体化的过程。属内发生了5次多倍化事件,其中两次与物种形成有关。二倍体-多倍体混合倍性物种生态位分化大于多倍体物种和二倍体物种。倍性多样性越高,其物种的耐受极端气候越强。此外,混合倍性效应越强,其温度、水分的生态幅越宽,对温度、水分的耐受能力越强。(3)中华猕猴桃混合倍性物种:我们分别在宁波四明山和宜昌菌子奅开展野生中华猕猴桃混合倍性种群研究。位于我国东部的四明山种群以二倍体和四倍体的中华猕猴桃为主,其中四倍体是显性倍性;西部的菌子奅种群主要以四倍体和六倍体的美味猕猴桃为主,其显性倍性是六倍体。在中华猕猴桃自然分布区内,优势倍性越高,其混合倍性种群分布越偏西,优势倍性越高,其混合种群越偏向海拔更高的地带。这与区系和属水平上的结果一致,表明倍性更高的物种,其生态位更宽,耐受能力更强。综上所述,本研究从区系水平、属水平、种群水平探究多倍体物种的分布格局与驱动因素,研究结果支持了“多倍体更能适应极端环境”的假说,揭示了混合倍性种群的生态位分化和生态适应性机制。
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