山楊複合體的地理分布變遷動態歷史研究

《山楊複合體的地理分布變遷動態歷史研究》是依託四川大學，由毛康珊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：山楊複合體的地理分布變遷動態歷史研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：毛康珊
• 依託單位：四川大學

項目摘要

溫帶植被，尤其是林木物種，對第四紀氣候變化和未來氣候變化的回響是一個經典的生物地理學議題。林木物種一般通過地理分布範圍變遷和局域適應來應對氣候變化。以往研究利用譜系地理學、物種分布模型或二者結合推斷林木物種第四紀分布變遷歷史，但是未來氣候變化下林木物種地理分布範圍的變遷趨勢、局域適應過程中積累的環境適應性基因資源將發揮何種作用等科學問題仍有待進一步探索。本研究擬聯合多套中性分子標記開展山楊複合體的譜系地理學研究，揭示其內部的進化單元和群體遺傳結構，推測其第四紀冰期避難所和種群規模動態歷史；然後根據群體轉錄組篩選環境適應性基因，並探明與環境因子的相關性；最後結合物種分布模型、中性遺傳多樣性和環境適應性基因遺傳多樣性的分布格局，系統重建第四紀以來該類群的地理分布範圍變遷歷史，預測該類群對未來氣候變化的地理分布範圍遷移回響趨勢。研究結果對於保護管理森林資源、保障我國生態安全具有重要意義。

結題摘要

闊葉落葉林木物種對第四紀氣候變化和未來氣候變化的回響是一個經典的生物地理學議題。本項目以我國東北、華北、華中、西南地區分布的山楊複合體、響葉楊等為代表性研究對象開展其地理分布變遷動態歷史研究。在項目執行過程中，項目組覆蓋山楊複合體的地理分布範圍進行樣品採集，總計收集了山楊複合體及其同屬物種葉片材料193個居群、2335個個體，其中包括山楊複合體89個居群、1110個體，響葉楊39個居群415個個體，香楊40個居群、479個個體，大葉楊25個居群、331個個體；總計收集了微衛星數據32172條、葉綠體DNA序列數據7698條，平均每個個體收集微衛星數據10個位點以上、收集葉綠體DNA序列數據3條以上。在此基礎上，收集了76個居群、375個個體在16個微衛星座位上的長度變異數據、以及每個居群三個個體的四套葉綠體片段 (matK、trnG-psbK、psbK-psbI、ndhC-trnV) 的DNA序列數據，對53個居群的252個標本樣品的葉片特徵進行了統計，並在此基礎上開展了山楊複合體的物種界定和譜系分化歷史研究。隨後，我們利用貝葉斯聚類分析 (STRUCTURE)、AMOVA、主坐標分析、生態位模擬、MIGRATE等分析方法，檢測了山楊複合體不同居群的遺傳聚類、形態和生態位分化、以及假定物種之間的基因流。核基因組微衛星、生態位模擬與葉綠體DNA序列、形態變異分析結果表明，山楊複合體可以大致劃分為山楊和清溪楊 (圓葉楊變種) 兩個獨立進化分支，山楊種內進一步發生了譜系分化；山楊複合體可能經歷了複雜的譜系分化歷史，山楊東北譜系可能先分化出來，然後山楊華北-中部譜系和清溪楊因為生態隔離而發生分化，之後山楊東北譜系和華北-中部譜系發生同化。綜上所述，山楊和清溪楊是最近發生分化的一個物種對，二者因為生態分化而在持續基因流的情況下經歷了鄰域物種形成。第四紀末次盛冰期時，山楊的潛在分布範圍明顯向南遷移，冰期後逐漸向北遷移；而清溪楊的潛在分布範圍主要集中在橫斷山區域，冰期後逐漸向高海拔區域遷移。項目組還開展了響葉楊的第四紀譜系地理歷史研究，分別開展並基本完成了山楊、清溪楊的譜系地理歷史研究，初步開展了香楊和大葉楊的譜系地理歷史研究。項目研究結果一方面有助於理解進化歷史複雜的林木類群的譜系分化和第四紀分布範圍變遷歷史，另一方面有利於保護和管理闊葉林森林資源、保障區域和國家生態安全。