武陵山区蒲儿根属四个狭域特有种的生态适应性研究

Wuling mountain region is a global biodiversity hotspot, with obvious endemic phenomenon, and which is a typical area to study the mechanism of ecological adaptation and formation of plant. Sinosenecio B. Nord, with rich narrow endemic species, mainly distributed in China(especially in Wuling Mountain Region and Sichuan Basin), they are ideal materials for research on ecological adaptation of the narrow endemic Compositae plants. However, little is known about their mechanisms of adaptation and distribution. In this project, four narrow endemic Sinosenecio species and S. oldhamianus (widely distributed species) in Wuling Mountain Region are chosen as the subjects, habitat factors, morphological, physiological and molecular traits will be investigated. The aim of study is to identify the tolerance to environmental factors, and to reveal their adaptation mechanisms at morphological, physiological, molecular level and the regulation mechanism of leaf temperature, it also will identify the key environmental factors and physiological mechanisms limiting their geographical distribution. The outcomes not only provide the theoretical basis for endemic Sinosenecio species conservation and plant distribution pattern of other endemic species in Wuling mountain region, it also will provide a typical case for species differentiation and adaptation mechanisms in specific habitats.

武陵山区是全球生物多样性的关键地区，植物物种特有现象极为明显，是研究植物生态适应机制和物种形成的典型区域。蒲儿根属植物是一个集中分布于我国(尤其是武陵山区和四川盆地)、且狭域特有物种极为丰富的植物类群，是研究菊科狭域特有种生态适应机制的理想材料。目前，有关蒲儿根属特有物种生态适应机制与狭域分布间的关系研究还少见报道。本项目拟以狭域分布于武陵山区且亲缘关系密切的蒲儿根属四个特有种为研究材料，并以广布种蒲儿根为对照种，通过对异质生境环境因子的定位调查及其形态、生理与分子性状的比较研究，明确这些物种对异质生境的耐受能力，解析其功能性状、生理代谢和基因表达的趋同和趋异响应机制，阐明这些物种在异质生境中的叶温调节机制，揭示限制其分布的关键环境因子和生理因素。研究成果不仅可为我国蒲儿根属狭域特有种的保护以及武陵山区特有物种的分布式样研究提供理论依据，还可为特殊生境物种形成和适应机制研究提供典型案例。

在全球气候变化的趋势下，高温等极端气候加剧，分布地域狭窄的植物亟待得研究和保护。蒲儿根属大多为中国特有种、狭域分布种。然而，其对高温的适应性还少有报道。本研究以吉首蒲儿根等武陵山区狭域分布蒲儿根属植物为材料，对其高温胁迫下形态、生理与分子性状和叶温调节机制进行了研究。研究主要结果如下：（1）吉首蒲儿根等狭域分布蒲儿根属植物对高温较为敏感，在温度30~35℃下培养15 d或叶温到达38~45℃数小时，植株即受到严重的高温伤害。（2）光合作用、叶绿素荧光参数等结果表明保靖蒲儿根的耐热性明显强于吉首蒲儿根。转录组分析结果显示，在高温胁迫下，吉首蒲儿根有1426个基因差异表达，保靖蒲儿根有7989个基因差异表达，其中，保靖蒲儿根有32个HSPs 基因上调表达，远多于吉首蒲儿根。这提示HSPs 基因可能是提高蒲儿根属植物耐能力的关键基因。（3）蒲儿根的叶温调节能力强于保靖蒲儿根和吉首蒲儿根，且在高温环境中，蒲儿根和保靖蒲儿根蒸腾作用对降低叶温的贡献大于叶片的物理性质。（4）此外，发现吉首蒲儿根、保靖蒲儿根、白脉蒲儿根和蒲儿根的绿体基因组均为典型的四分结构，总基因、蛋白质编码基因和RNA基因数目相同，其具备高度的保守性。以上结果部分揭示了吉首蒲儿根等狭域分布蒲儿根属植物对高温的耐受能力及机制，解释了其狭域分布机制；并从叶绿体基因组角度丰富了其系统进化研究。研究结果不仅为其就地和迁地保护提供了科学依据，也为解释蒲儿根属物种形成与进化提供了一定的参考。在本项目资助下，已发表研究论文4篇，培养研究生2名。