《第三紀孑遺植物三椏烏藥的種群分化成因研究》是依託北京師範大學，由王紅芳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：第三紀孑遺植物三椏烏藥的種群分化成因研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：王紅芳
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
種群分化和物種形成的驅動機制是生物多樣性形成與維持的一個核心過程。生態隔離和地理隔離都能導致種群分化和物種形成，然而生態隔離在我們觀察的生物多樣性格局中扮演的角色和貢獻大小，卻仍遠缺乏關注。三椏烏藥是樟科分布緯度最高的一個物種，是典型的亞熱帶起源的第三紀孑遺植物，間斷分布。課題組的前期分子研究顯示南方和北方種群遺傳分化極為顯著，葉綠體南北方支系的分化時間可上溯至第三紀晚期，而核微衛星的分析顯示兩個區域間幾乎無現時基因流。南方和北方種群間為華北平原相隔，無明顯的地理障礙，那這種分化格局是如何形成的？地理隔離和生態隔離在其中扮演了什麼角色？第三紀和第四紀氣候如何影響其分化格局？本項目將利用轉錄組測序、大量核單拷貝基因以及互動移植實驗等手段和統計技術，多維度地探討三椏烏藥種群分化格局的驅動機制。通過三椏烏藥這一典型案例的種群分化過程研究，希冀啟示東亞豐富生物多樣性的起源和維持過程。
結題摘要
種群分化和物種形成的驅動機制是生物多樣性形成與維持的一個核心過程。本項目以第三紀孑遺植物三椏烏藥為研究對象，利用多種分子標記、分子進化模型、生態位模型、同質園實驗以及轉錄組等分析，從多個角度探討三椏烏藥南方低緯度種群和北方高緯度種群分化的原因和可能的局域適應。項目研究發現：（1）三椏烏藥南北種群分化時間為更新世中期，分化過程無明顯基因流，因此更新世冰期乾旱帶加強可能促進了南北種群的空間隔離和各自獨立進化；（2）儘管空間隔離是南北種群分化的主要因素，氣候變化導致的生境不穩定也是三椏烏藥現今空間遺傳格局的重要驅動力。此外生態環境隔離在南北種群分化中也具有一定貢獻；（3）三椏烏藥南北種群生境無氣候生態位的顯著差別，但不排除其他環境因子的差別。三椏烏藥的葉形、開花物候在南北種群間無顯著差異，但是本項目仍然觀測到野外和同質園條件下部分性狀的南北分化，比如成年個體的樹形、果實成熟時間、種子大小和幼苗的展葉物候，但是這種差異可能是中性分化的結果；（4）本項目拼接了高質量的三椏烏藥轉錄組，並基於該轉錄組設計可以在三椏烏藥及山胡椒屬和近緣屬中擴增的核單拷貝基因位點。基因表達量差異分析和功能富集表明，和木質素合成相關的基因表達在南方種群顯著上調，這與野外觀測的樹形差別一致。此外野外樣品的轉錄組中發現ERF轉錄因子家族顯著差異表達，而同質園樣品未發現此現象，反映了該轉錄因子家族在調控三椏烏藥應對不同環境時所發揮的重要作用。本項目關於南北種群分化過程的探討對揭示東亞高溫帶植物多樣性的形成原因具有重要的啟發意義。北方溫帶森林和南方高海拔殘留的溫帶森林雖然親緣關係很近，但進化歷史相對獨立，積累了寶貴的遺傳多樣性，適應著不同的環境。這些遺傳多樣性為應對未來環境變化提供了寶貴的資源。因此本項目的研究結果為合理制定生物多樣性保護策略提供理論支持。
