古地中海孑遗濒危植物沙冬青属谱系地理学研究

The effect of Quaternary climate change on the geographical distribution of genetic diversity in arid northwest china is still not very clear. The genus Ammopiptanthus is an endangered shrub endemic to the ancient Mediterranean and endangered plant. In this project, the genetic diversity, genetic structure, phylogeography, phylogeny and gene flow of populations of genus Ammopiptanthus was investigated. The analysis was carried out based on nuclear sequence data from the internal transcribed specer (ITS) region of the ribosomal DNA and chloroplast DNA data intergenic spacer and EST-SSR markers. Using of the ancient geological, paleoclimatic data and revegetation information of the last glacial period, the inference was made that the possible glacial refuge and postglacial colonization routes of genus Ammopiptanthus plants in the Quaternary. Meanwhile, the four ecological niche models were used to predict the spatial geographic distribution and genetic diversity of genus Ammopiptanthus in the past, present and future climate change. Based on research, we attempted to address these questions: How was aridification resulting from climatic shifts promote the diversification and speciation in northwest china ? How were the refugia and biodiversity centers distributed? Were there common or contrary phylogeographical patterns as in other regions?

第四纪气候变化对中国西北干旱地区物种地理分布及遗传多样性的影响仍不是很清楚。本项目选取古地中海孑遗濒危植物沙冬青属为研究对象，利用叶绿体DNA的IGS区、核糖体DNA的ITS区基因组序列及EST-SSR分子标记对沙冬青属种群的遗传多样性、遗传结构、谱系地理、系统发育关系及基因流等进行研究，并进一步利用古地质、古气候及末次冰期植被重建资料，推测沙冬青属在第四纪冰期的避难所及冰期后迁移路线；同时结合四种生态位模型（ENM）预测沙冬青属植物在过去、现在和未来气候变化条件下的空间地理分布范围以及对遗传多样性产生的影响。本项目的开展将进一步阐明第四纪气候变化导致的干旱化如何促进了中国西北地区物种分化及多样性的形成、生物避难所及多样性中心分布以及是否与其它地区具有相同或相反的植物谱系地理模式等科学问题。

沙冬青属(Ammopiptanthus)植物是我国西北干旱区特有的第三纪孑遗植物，是世界稀有濒危种质资源。该属植物属于渐危种，濒危衰退原因主要集中在生境恶化、种子天然繁殖困难及人为干扰。本项目利用沙东属植物叶绿体全基因组和简化基因组数据，研究了沙东青属系统发育关系和群体遗传特征，揭示了西北干旱区沙东青属自然群体进化和群体动态历史；并基于沙东青属植物现有分布点数据，利用MaxEnt模型、Bioclim模型和Domain模型和对沙冬青属植物在我国末次间冰期、末次冰盛期、当前和2050（RCP4.5和RCP8.5）四个时期气候条件下的适生区进行预测。基于简化基因组数据表明蒙古沙冬青群体平均遗传多样性高于新疆沙冬青。蒙古沙冬青群体中度分化，且变异主要存在于群体内；新疆沙冬青群体高度分化，且变异主要存在于群体间；沙冬青属变异存在于两个物种间，这和两个物种地理距离相距较远有关。蒙古沙冬青群体间基因流水平较高，群体间遗传分化较小；新疆沙冬青物群体间基因流水平较低，群体间遗传分化呈现中等水平；沙冬青属群体间的平均基因流值（Nm）0.360，说明整个沙冬青属群体基因流水平较低，群体间遗传分化较大。物种分布预测模型表明二者的适宜栖息地在2050年（RCP4.5和RCP8.5）气候条件下都有所增加，但在更高的排放量（RCP8.5）的情景下新疆冬青和蒙古沙东青的高度适生区范围都将减少，年均温、最湿月降水量和温度季节性变化是影响沙冬青属植物分布的关键因子。遗传多样性结果推测分布于内蒙古敖伦布拉格、阿左旗，宁夏冰沟、红卫等地的蒙古沙东青群体在第四纪冰期的避难所，分布于新疆吾合沙鲁是新疆沙东青群体在第四纪冰期的避难所，冰期后由避难所向外快速扩张形成的沙东青属现有分布格局。因此，应加强就地保护工作，建立沙东青属自然保护区，积极开展繁殖试验和引种驯化，使其作为草原化荒漠的建群物种发挥更大的作用。