摘要气候变化和地质事件(如山脉隆升等)对北半球森林植物的遗传多样性和遗传结构模式具有重要影响。然而对于珍稀濒危森林植物响应历史气候变化和地质变迁的遗传多样性模式仍需要进一步探究。本研究在多年持续采样的基础上对中国特有的珍稀濒危植物金钱槭属(Dipteronia Oliv.)物种进行了谱系地理学、群体遗传学以及物种进化历史研究,以期为该属植物的有效保护和科学利用提供理论依据。主要研究结果如下:<br> (1)金钱槭属植物的谱系地理学分析<br> 基于叶绿体 DNA(chloroplast DNA, cpDNA)测序数据,在种群水平上对金钱槭属植物(金钱槭和云南金钱槭)进行分子地理学研究,探究其属内遗传分化特征及系统进化历史。本研究利用 4 对叶绿体 DNA 片段(trnV intron, rps18-rpl20, rpl20-rps12, trnH-psbA),对14个金钱槭种群,4个云南金钱槭种群共计270个个体进行了扩增测序与分析,结果表明金钱槭总的遗传多样性(HT = 0.812)高于云南金钱槭总的遗传多样性(HT = 0.500),两物种间存在显著的遗传分化并伴随不对称的基因流,这可能是由于金钱槭与云南金钱槭具有不同的种群进化历史和地理分布模式导致的。基于cpDNA分化时间的评估,结果显示金钱槭属两个物种的分化时间大致在 31.19 Ma。金钱槭谱系内分化时间可追溯至第三纪晚期,这一时期全球气候变冷和山脉隆升等地质事件与其谱系内分化具有密切的联系;云南金钱槭谱系内的分化时间可追溯至第四纪,表明其谱系分化可能受到第四纪气候变化和波动的影响。基于单倍型的地理分布模式,我们推测秦巴山区和四川盆地西部边缘为金钱槭属植物最可能的冰期避难所。<br> (2)金钱槭属植物的群体遗传结构及进化历史<br> 基于二代 SLAF-seq 高通量测序技术对 46 个种群的金钱槭属植物进行简化基因组测序,共获得3,701,058个SLAF标签。经数据过滤后,获得108,305个高质量的SNP用于后续群体遗传结构及进化历史分析。结果表明金钱槭属植物具有低水平的遗传多样性(金钱槭:He = 0.2779, Ho = 0.07542; 云南金钱槭:He = 0.3437, Ho = 0.258)。AMOVA结果显示金钱槭和云南金钱槭两物种间存在显著的遗传分化。进一步通过主成分分析、遗传结构推测、系统发育分析以及Mantel检验,结果表明云南金钱槭群体没有出现亚群或亚组的分化,其遗传距离与地理距离无显著相关性;而金钱槭群体存在明显的遗传结构,可以进一步细分成秦巴山区东段、秦巴山区西段和武陵山脉三个地理族群,各个分组具有明显的地理分布格局,且其遗传距离与地理距离呈显著正相关。MIGRATE 历史基因流分析结果表明,金钱槭的三个种下谱系武陵山脉群体(group3)与秦巴山区的东部(group1)和西部(group2)的群体存在双向的基因流,而秦巴山脉东西群体之间仅发生单向的基因流;云南金钱槭各种群之间存在频繁的基因交流。基于Fastsimcoal模拟和 Stairway Plot 结果表明,金钱槭的三个不同族群在更新世时期都经历了种群收缩并伴随着基因流减小,而云南金钱槭未经历近期的种群收缩现象。<br> (3)金钱槭属植物生态位分化与适应性进化<br> 基于标本点及气候数据探究金钱槭属植物的气候因子以及生态位差异,以期揭示金钱槭属物种分化与局地环境之间的关系。生态位差异的量化分析结果表明,金钱槭和云南金钱槭分布生境存在显著差异,生态位分化模式与物种间遗传分化模式基本一致。温度、降水、经纬度的差异是主导金钱槭属植物种间及种内不同地域之间群体产生生态位分化及遗传分化的主要因子。基于1,764个离群位点对金钱槭属植物的种群结构进行比较分析,结果表明云南金钱槭的种群间不存在明显的遗传结构,而金钱槭种群可划分为6个组,暗示环境或地理因素对金钱槭属植物的遗传结构与遗传分化具有重要影响,同时也表明该属植物的不同种群可能存在局地适应的趋势。对金钱槭属植物遗传信息和生态位的联合分析表明,该属植物现今的分布格局主要为地质历史事件、遗传因素以及生境共同作用的结果。<br> (4)金钱槭属植物保护方案建议<br> 遗传多样性分析发现,云南金钱槭和金钱槭自然群体的遗传多样性水平低于其他大多数特有植物的平均水平(He = 0.320)。在金钱槭属植物中,云南金钱槭 PB(屏边)种群的遗传多样性各类参数指标最高;金钱槭BMG(白马沟)、ZBS(紫柏山)种群的遗传多样性参数值较高,这些种群可以作为重点遗传保护单元,需加以重点保护。同时,云南金钱槭的种群MZ(蒙自)、金钱槭的种群LS(陇山)、HP(壶瓶山)、CD(川洞子)等存在一些特有的叶绿体DNA单倍型,也需要加以重点保护。此外,云南金钱槭自然种群极小,目前在野外仅采集到5个种群,而且种群间遗传分化程度较低,应对其现有全部种群采取就地保护策略。<br> 综上,本研究通过利用cpDNA片段和SLAF标记对金钱槭属植物进行了群体遗传学研究,解析了金钱槭属植物的遗传结构及群体进化历史。对金钱槭属植物进行的保护应关注于其遗传多样性高和存在特有遗传变异的区域,如BMG、ZBS、LS、HP、CD居群等。拒绝不同区域间存在生境适应性居群的互相引种、迁移,以免造成原有种群基因池的混乱和适应性的降低。同时,针对金钱槭属植物的保护还要辅助迁地保育、种质资源保藏等工作,加强人们保护环境的意识,降低人为因素引起的栖息地破碎化程度。
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