中国水生植物广布种的比较分子谱系地理学研究

With the rapid development of plant phylogeography in recent years, China has become one of the hotspots in research, which possesses abundant flora. There are common phylogeographic patterns identifed by different case studies that agree with historical geologic events or palaeo-environmental change. Of these plant phylogeographic studies, most surveys were carried out on tree species or terrestrial herbs and few were available for aquatic plants. Are the responses of aquatic plants to climate changes distinctive due to their occurrence in exclusively aquatic habitats, compared to those of terrestrial plants? The widespread species of aquatic plants occur in different drainage basins of China. Is the genetic differentiation between populations from different basins correlated to isolation of basins? In order to answer these questions, we carry out comparative phylogeographic surveys on six widespread species of aquatic plants with different life-form based on chloroplastic fragments and microsatellite loci. The study will explore the geographic patterns of gene lineages across different species in aquatic plants and reveal the underlying causes. The results will deepen our knowledge of this special ecological taxa, and help us completely understand the diverse evolutionary history of flora in China.

近些年来，随着植物分子谱系地理学的快速发展，有着丰富植物区系的中国也成为了研究热点地区之一。对现有的研究进行比较表明多种植物有着共同的谱系地理分布格局，且与地质历史事件或古环境变迁相一致。但是这些研究集中于树木或者陆生草本，对水生植物并不关注。水生植物专性生活于水体中，其对气候变化的响应与陆生植物相比有何不同？水生植物广布种分布于不同流域中，其群体之间的遗传分化是否与水体隔离程度相关？本项目选取6种不同生活型的水生植物广布种为研究对象，利用叶绿体基因片断和微卫星分子标记，进行比较分子谱系地理学研究，揭示水生植物的基因谱系地理分布格局及其成因，加深人们对于这一特殊生态类群的认识，从而全面了解中国植物区系复杂多样的进化历史。

近些年来，随着植物分子谱系地理学的快速发展，有着丰富植物区系的中国也成为了研究热点地区之一。但是这些研究多集中于树木或者陆生草本，对水生植物并不关注。水生植物专性生活于水体中，对气候变化的响应与陆生植物有所不同。水生植物广布种分布于不同流域中，种群之间的遗传分化可能与水体隔离程度相关。本项目以多个水生植物广布种为研究对象，在全国范围内广泛采集植物样品，利用叶绿体基因片段和微卫星位点进行分子谱系地理学研究。结果发现（1）穗花狐尾藻以东北-西南一线为界分为两个不同的遗传群，它们的地理分布表明山脉可能是基因流屏障。因果模型揭示环境异质性和地理屏障显著影响着穗花狐尾藻居群的遗传分化，而多元回归分析表明气候差异具有最高的回归系数；（2）穗花狐尾藻和西伯利亚狐尾藻在东北和青藏高原共同分布，在东北杂交频率低而青藏高原杂交频率高。相对应的，在东北两种狐尾藻表现出明显的生态位分化且杂种的分布局限于狭窄的地理区域；而在青藏高原两种狐尾藻表现出明显的生态位重叠，杂种离散分布于多个不同的地理区域；（3）黑藻在中国具有显著的基因谱系地理分布格局，即四个遗传谱系分布于不同的地区，但与流域并不对应。黑藻种群之间具有显著的遗传分化。黑藻的分化发生在中新世末期，不同谱系的再分化发生在更新世。生物地理分析表明黑藻起源于东亚。形态特征测量的结果显示四个遗传谱系之间形态特征有显著差异；（4）杉叶藻具有2个分化明显的遗传谱系A和B，约在1.36百万年前分化，A局限于东北，B分布于西北、青藏高原、华北和东北，在东北发生了以谱系A为母本的单向杂交。谱系B又可以进一步分为三个亚群组分布在不同地区。生态位模型分析表明杉叶藻在末次盛冰期从高原台面下撤到高原东北缘和东南缘的冰期避难所。本项目的研究表明水生植物广布种种群遗传分化显著，种群之间的遗传分化与水系隔离并不直接相关。地理屏障、环境异质性和进化过程都可能影响种群的遗传分化，但不同物种的主要驱动因子不同，从而产生了不同的基因谱系地理分布格局。还需要更多的研究案例来揭示水生植物这一特殊生态群的复杂的进化历史。