青藏高原兩對柏木屬姊妹群的物種形成研究

《青藏高原兩對柏木屬姊妹群的物種形成研究》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：青藏高原兩對柏木屬姊妹群的物種形成研究
• 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

物種形成一直是進化生物學和生態學研究的核心之一。近年來，物種形成研究多集中在探索現有鄰域分布近緣物種的形成歷史，而對現異域分布姊妹物種的群體遺傳歷史研究相對較少。異域物種形成過程中的適應性報導也較少。本項目擬以分布於青藏高原、且存間斷分布的兩對柏木屬姊妹群（岷江柏木的兩個地理宗和乾香柏-巨柏姊妹種）為研究對象，在群體水平上研究多套核基因座位的序列多態性變異，檢驗各基因位點是否受到選擇，並利用溯祖分析模擬物種分化過程中的群體動態歷史和環境候選基因可能受到的自然選擇作用。我們的研究結果一方面為揭示兩個姊妹群的物種分化機制、特別是闡明地理隔離下環境適應對物種形成的作用提供重要依據；另一方面也對保護與利用這些生長在青藏高原極端環境下的林木遺傳資源也具有重要意義。

結題摘要

物種形成過程中基因流和自然選擇等因素分別扮演了何種角色是進化生物學和生態研究的重要命題之一。巨柏、乾香柏、岷江柏木分布於青藏高原地區，是研究上述科學問題的理想模式。本項目覆蓋上述三個物種的地理分布範圍進行樣品採集，並收集25個居群382個個體的六套核微衛星數據、6個居群18個個體的十套核基因數據和32個居群127個個體的群體轉錄組數據，檢測群體水平上的遺傳多樣性及其分布格局，檢驗各基因位點是否受到選擇，並利用溯祖分析模擬物種分化過程中的有效種群規模變化歷史和基因流水平，旨在闡明基因流、自然選擇等因素髮揮的作用。基於微衛星遺傳變異，發現岷江柏木甘肅亞種群和四川亞種群之間、乾香柏-巨柏之間共享遺傳變異較少，可能經歷了異域分化。基於核基因座位和微衛星座位的遺傳變異，發現岷江柏可以劃分為甘肅和四川兩個獨立進化單元，二者之間存在較強的遺傳屏障且基因流十分有限；種群動態分析表明兩個獨立進化單元在第四紀末期都經歷過一次種群收縮。基於群體轉錄組數據，發現乾香柏-巨柏的分化約發生於335百萬年前，緊接著乾香柏南北亞種群約於320百萬年前發生分化，隨後一部分在巨柏中經受選擇的候選基因向乾香柏北部高海拔和高緯度亞種群漸滲；乾香柏和巨柏均在80萬年前發生過一次種群收縮，乾香柏隨後發生種群擴張、有效種群規模得以恢復，但是巨柏的有效種群規模則從此呈現較弱的下降趨勢至今。基於群體轉錄組數據，發現岷江柏可以進一步劃分為三個亞種群，分別對應岷江流域、大渡河流域和甘肅白龍江流域；大渡河亞種群和白龍江亞種群隨著青藏高原隆升而發生異域分化（414百萬年前），隨後又因為第四紀冰期而發生分布範圍重疊，從而產生譜系混合（83萬年前），形成岷江亞種群。我們的研究結果一方面有助於理解複雜地形地區樹木的姊妹群分化和譜系混合歷史，另一方面對於保護和利用我國西南地區的樹木遺傳資源具有重要意義。