中国-喜马拉雅地区河谷植物区系空间分化机制-基于云南土沉香的谱系地理学研究

River valleys are one of the most unique ecosystems and natural landscapes in Sino-Himalayan region, within which possess various geological climates and flora with complex evolutionary history. The phylogeographic studies on the iconic riparian plants endemic to the river valleys can better reflect the evolutionary history of valleys. However, few phylogeographic studies have been conducted on the iconic riparian plants in this region, and those had been done mainly focused on problems such as “how plants respond to the drainage re-organization events”, while rarely touched topics as “how plants respond to climatic changes”. Moreover, the river valleys surveyed in previous studies are incomplete, and the molecular evidence is insufficient. Therefore, it is possible that those studies could not fully and systematically reflect the spatial differentiation mechanisms of the flora in valleys. Excoecaria acerifolia, one widely distributed iconic riparian plant species endemic to the river valleys in Sino-Himalayan region (covering almost all the major rivers in this region), is an ideal taxa to explore the spatial differences of the flora in valleys. Here, we intend to investigate the phylogeography of E. acerifolia based on three molecular datasets (cpDNA, nDNA and SNPs), ecological niche modeling and analysis of climate differences, to further enrich the lineage differentiation models of riparian plants, and is expected to fully and systematically reveal the spatial differentiation mechanisms of the flora in valleys.

河谷是中国-喜马拉雅地区独特的生态系统与自然景观，地质气候历史多样，区系演化历史复杂。河谷特有区系成分与标志性物种的谱系地理学研究能较好地反映河谷区系的演化历史。然而，目前该地区河谷植物的谱系地理学研究资料较少，研究重心也大多集中在植物谱系如何响应水系变迁等地质问题上，而在植物如何响应气候变化等方面的研究工作还相对薄弱。此外，研究中所涉及的河谷不够全面，分子证据较为单一，因此很可能没能全面系统地反映该地区河谷植物区系的空间分化机制。云南土沉香是该地区河谷特有二级标志性物种，分布范围非常广，几乎涵盖了该地区所有的主要河流，是探讨河谷植物区系空间差异较为理想的类群。本项目拟利用cpDNA、nDNA和SNPs三套分子数据，结合生态位模拟和气候差异分析，对该类群开展谱系地理学研究，拟进一步丰富该地区河谷植物的谱系分化模式，有望为全面系统地揭示河谷植物区系的空间分化机制提供依据。

本项目基于两个叶绿体DNA序列、一个核基因片段以及简化基因组三套数据，从遗传多样性、谱系结构、遗传分化时间和生态位模拟等方面，探索了云南土沉香的种群历史动态和河谷特有的空间分布格局的成因，为中国-喜马拉雅地区河谷植物区系的空间分化提供了分子依据。在此基础上，还探寻了影响该类群适生分布的关键气候因子，为揭示其中国-喜马拉雅地区特殊的“干热/干暖河谷”分布格局成因提供了气候依据，相关研究进展概述如下： . 1.联合2个叶绿体序列矩阵共产生15个单倍型，ITS序列矩阵共产生18个核糖核酸型。云南土沉香总的居群遗传多样性较高，而居群内的平均遗传多样性相对较低。 此外，NST 显著大于GST，表明该类群居群具有显著的谱系结构。. 2. 叶绿体数据的SAMOVA、Network以及Bayes系统发育分析都显示了云南土沉香JMD（嘉陵江、岷江和大渡河），JY（金沙江、雅砻江和怒江） 和YMRN（雅鲁藏布江、澜沧江、红河和南盘江）三大遗传世系。基于ITS的遗传世系分组和叶绿体的基本一致，但简化基因组数据并未显示显著的河谷谱系结构。. 3. JMD、JY 和 YMRN世系间的分化时间估算至更新世早期，和中国-喜马拉雅地区主要河流的改道时间一致；而世系内的遗传多样化时间落入更新世中期，分别对应该地区“Naynayxungla”冰期和倒数第二次冰期，冰期的作用进一步加剧了该类群世系内的遗传多样化。 . 4. 失配分析、中性检测和生态位模拟共同表明JY和JMD居群的稳定，而显示了YMRN居群的历史扩张，扩张时间落在倒数第二次冰期晚期至最后一次间冰期之间，该时期逐渐变暖的气候促进了YMRN居群的扩张。. 5. 4月份降水量、年温度变化范围、温度季节性变化系数、1月份最低温和12月份最高温为影响云南土沉香分布的关键气候因子；其中，4月份降水量尤为关键，适宜范围为49～95 mm。