极危物种五针白皮松基因组遗传多样性及其种群动态历史研究

基本信息
批准号:31901222
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:寇一翾
学科分类:
依托单位:江西农业大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
种群动态历史五针白皮松简化基因组测序遗传多样性濒危植物
结项摘要

The mechanisms of species endangering and extinct have always been the focus of conservation biology. Genetic diversity is an important indicator that can mirror species evolutionary potential and defense ability to environmental changes, and the loss of genetic diversity easily triggers the reducing of adaptation and fitness, even the endangered or extinction for many species on earth. So, accurate assessment of genetic diversity is crucial for understanding the levels of genetic variation and informing the conservation strategies for endangered species. However, for most of the studies concerning conservation biology of endangered species, historical factors (such as climate changes and human activities), that are assumed to be responsible for reducing the genetic diversity and population sizes in their long evolutionary history, are almost unascertained, but it could be worked out through the simulations of demographic history. Pinus squamata X. W. Li, discovered in the northeastern corner of Yunnan, China in 1992, is one of the critically endangered conifers in the world with a small population (two subpopulations) and only 32 individuals in the wild. Because of its rareness and endangered status, it was listed as a first-class protected plant by the Chinese government. While successful strategies for the conservation of an endangered species must include an understanding of the levels and distribution of genetic diversity. Unfortunately, due to the poor informativeness of molecular markers and simple analytical methods used in previous studies, almost no genetic variation was detected in the natural population of P. squamata, let alone the cause of its population decrease that can be concluded by the simulation of population demographic history. Therefore, to find out the historical factors that induced the population decline of P. squamata, its widespread congener P. bungeana, be native to north, northwest and southwest China, will be used as a reference in this project. Then we will compare their genetic variation across the whole genome based on the high-throughput sequencing (genotyping by sequencing, GBS) and demographic histories inferred and simulated by coalescence-based methods, such as fastsimcoal2 and PSMC. We believe that the results from this project would not only have important implications for the conservation of P. squamata, but also provide new insights concerning the conservation of other endangered species with extremely small populations.

深度解析濒危物种基因组水平遗传多样性,既可评估其进化的潜力,也可推测影响其有效种群大小和遗传多样性水平的历史因素,从而全面解答濒危物种的濒危机制。五针白皮松是世界上最濒危的裸子植物之一,具有极高的保护价值。但是,由于极小的自然群体,加上前人所采用的研究方法和数据类型的限制,几乎没有检测到群体遗传变异,同时也未对其种群动态历史进行追溯,使其保护遗传学研究一直停滞不前。本项目拟采用高通量简化基因组测序技术,检测五针白皮松基因组水平的遗传变异,并与其近缘广布种白皮松进行比较,评估其进化的潜力;随后采用先进的基于溯祖理论的统计模拟分析方法,比较两个物种的种群动态历史,找到五针白皮松种群衰退的历史原因,为其科学保护提供坚实的理论依据。本项目不仅对极危物种五针白皮松的保护有重要意义,也将为极小种群物种的保护遗传学研究提供新的研究思路。

项目摘要

深度解析影响濒危物种进化命运的关键因素,如基因组遗传多样性、种群历史动态、基因组突变负荷,以及历史生态位变迁等,可全面解析濒危物种的濒危机制,也可准确预测其未来的进化潜力,为濒危物种科学合理的保护提供建议。五针白皮松是世界上最濒危的裸子植物之一,具有极高的研究和保护价值。但是,由于极小的自然群体,加上前人所采用的研究方法和数据类型的限制,几乎没有检测到群体遗传变异,同时也未从多个角度对其濒危原因和进化潜力进行研究,使其保护遗传学研究一直停滞不前。本项目以五针白皮松,及其近缘濒危物种白皮松和西藏白皮松为研究对象,通过群体转录组测序和低深度全基因组测序获得的SNP数据,对影响其进化命运的关键因素进行物种间的比较分析。研究结果显示:1)三种濒危物种五针白皮松、白皮松和西藏白皮松具有不同水平的基因组遗传多样性,前两者的遗传多样性极低,而后者的相对较高,且遗传多样性的高低与其濒危等级并无直接关联。2)三个物种均经历了严重的历史瓶颈事件,且与重大地质和气候事件相关联;在群体瓶颈之后,前者发生了明显群体扩张,而后两者的有效群体大小保持在一个较低的水平。3)三个物种的基因组累积和清除突变负荷的模式也不同,白皮松基因组累积的纯合衍生有害突变相对较少,且有害突变的选择性清除能力相对较强,西藏白皮松累积了较高水平的杂合突变负荷,选择性清除能力相对较弱,而白皮松不但累积了相对较高水平的有害突变,同时选择性清除能力也较弱。4)白皮松的历史潜在分布区随气候变化发生了轻微的波动,且在未来的气候环境下,其分布区将会发生显著的扩张。综上结果表明,五针白皮松、白皮松和西藏白皮松具有截然不同的进化命运,且未来的进化潜力也不同,这些结果将为三种濒危物种的科学合理保护提供重要建议。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
3

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

DOI:10.11834/jrs.20209060
发表时间:2020
4

黑河上游森林生态系统植物水分来源

黑河上游森林生态系统植物水分来源

DOI:10.13885/j.issn.0455-2059.2020.04.010
发表时间:2020
5

湖北某地新生儿神经管畸形的病例对照研究

湖北某地新生儿神经管畸形的病例对照研究

DOI:
发表时间:2019

寇一翾的其他基金

批准号:41461008
批准年份:2014
资助金额:52.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

极危物种中华凤头燕鸥的保护遗传学研究

批准号:31572291
批准年份:2015
负责人:陈水华
学科分类:C0405
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
2

基于基因组水平的华木莲种群动态历史研究

批准号:41761012
批准年份:2017
负责人:田双
学科分类:D0103
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
3

刀鲚的种群形态差异、遗传多样性和演化历史研究

批准号:30600456
批准年份:2006
负责人:程起群
学科分类:C1904
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
4

极危物种蛇岛蝮隔离分化的分子生态学研究

批准号:31200276
批准年份:2012
负责人:武永华
学科分类:C0301
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目