中国特有树种白皮松的谱系地理学研究

第四纪冰期气候变迁，使得多数物种分布区发生改变，从而进一步影响了物种的种群遗传结构。因此，对物种遗传变异分布模式（遗传结构）的研究可以追述现代植物分布种群的地理分布历史。本项目拟以中国中西部地区广布特有森林树种白皮松为研究对象，利用野外调查取样和分子谱系地理学的方法研究该树种天然群体在单亲遗传叶绿体和线粒体DNA以及双亲遗传核DNA三套基因组上的DNA序列遗传变异，确定它们在种群内、种群间和整个地理分布范围上的现代分布格局；利用溯祖理论等方法对群体遗传学数据进行计算和模拟，构建该物种谱系进化历史，鉴定其冰期避难所和冰期后回迁路线。研究结果对于理解中国中西部地区森林物种响应第四纪气候变迁的生物地理学模式将提供一个典型案例，也将对其它地区植物或者动物谱系地理学研究具有借鉴意义。

本项目分别应用单亲遗传的叶绿体DNA片段(包括叶绿体DNA间隔区和叶绿体小卫星片段)和双亲遗传的核DNA基因片段研究了中国特有森林树种白皮松天然群体DNA序列遗传变异的地理分布模式，同时结合转录组测序的方法，对白皮松的适应性进化机制做了探讨。叶绿体DNA和核DNA序列的群体遗传学研究表明：白皮松具有极低水平的核苷酸多态性，群体间遗传分化明显，基因交流匮乏。同时，叶绿体DNA间隔区和叶绿体小卫星片段数据表明白皮松遗传变异主要存在于群体间，物种水平上不存在明显的谱系地理结构。根据单倍型间的系统发育关系及其地理分布，以及白皮松物种生态位模拟分析推测，第四纪冰川来临时，白皮松天然群体避难于秦岭西部、南部以及吕梁山和太行山南部等地区，冰期结束后从上述地区回迁形成当前的分布格局。环境因子分布模拟进一步表明白皮松大规模的群体扩张事件可能发生在末次盛冰期后。此外，转录组测序分析发现，白皮松雌球花和雄球花差异表达基因受到了更强烈的正选择作用，这些正选择作用基因主要与植物性别分化和抗逆活动等有关，推测在白皮松适应性进化过程中起到重要作用。