紫花针茅对青藏高原不同降雨环境的适应机制研究

Adaptation to the local environment makes the plant populations in different ecological gradients exhibit different biological features, so the study of genetic mechanism of these biological characteristics can contribute to a better understanding of palnt adaptation mechanism to the environment. Stipa purpurea (Poaceae) is a dominant plant species of alpine grassland, distributing continously along a precipitation gradient from the southeast to the northwest in the Tibetan Plateau, which provides an ideal material for the study of positive selection gene function in the process of long-term adaptation of plants to different drought conditions. Previous studies indicated that different populations of S. purpurea have own characteristics and genetic effects in the response to different water conditions. In this proposed project, we will sample different populations of S. purpurea along the precipitation gradient on the Tibetan Plateau, combine with single-molecule long-read sequencing and the second generation transcriptome sequencing transcriptome sequencing for obtaining relatively complete transcript, screen positive selection genes and analyse their function on plant physiological. The project aims to analyze the mechanism of the adaptation of different populations of stipa purpurea to different drought conditions, and provide new evidences for the elucidation of the distribution pattern formation and ecological adaptation mechanism of plants in the Tibetan Plateau.

植物对当地环境的适应使得不同生态梯度下的植物种群表现出不同的生物学特征，对这些生物特征的遗传机制研究能揭示植物对环境的生态适应机制。禾本科植物紫花针茅广布于青藏高原，从高原东南部半湿润区连续分布到西部干旱区，是研究植物在长期适应不同的干旱环境过程中正选择基因的作用提供理想的材料。前期研究发现不同种群紫花针茅响应不同水分条件有各自特点，并具有遗传效应。因此本项目拟以不同种群的紫花针茅为研究材料，利用第三代全长转录组测序与第二代转录组测序相结合的方法获得紫花针茅相对完整转录本、筛选受正选择的基因，分析正选择基因对植物本身生理水平的作用。本项目的研究结果可以解析不同种群紫花针茅适应不同干旱环境的机制，为青藏高原地区植物的分布格局形成机制及其生态适应机制研究提供新的证据。

自然选择驱动了物种对生物或非生物环境压力下的局部适应，分布在不同生境的同一物种可能会产生不同突变的基因提高其自身的适应性。然而，这种进化过程的遗传基础在很大程度上仍不清楚。紫花针茅是藏北高原的建群种，在不同的降雨范围均有分布。本研究以紫花针茅9个种群为研究材料，利用第三代全长转录组测序与第二代转录组测序相结合的方法获得紫花针茅相对完整转录本、筛选受正选择的基因。群体结构结果显示，9个种群紫花针茅被分成3个分支，分支间遗传距离和地理距离程正相关。不同群体紫花针茅的干旱适应性分析显示，相对干旱和相对湿润区域的紫花针茅的抗旱能力更强，主要受最冷月的低温和生长季降雨驱动。同时干旱区分布的紫花针茅Sp14-3-3蛋白287T位点受到正选择，该位点增强了Sp14-3-3与SpABI5蛋白的互作强度，可能优化了其合成ABA的功能，而植物体内更多ABA的合成能够增强植物自身对干旱环境的适应性。本项目的研究结果为揭示青藏高原植物基因资源挖掘以及分布格局的形成机制提供参考和依据。