基于谱系地理学的濒危植物银鹊树的保护生物学研究

The great heterogeneity of geography and climate across subtropical China has contributed to the high floristic richness currently observed in the region, and that the area is an important center for species speciation and evolution. However, little is known about the patterns of genetic diversity and phylogeographic structure of plant species widely distributed in the subtropical China. In this project, we will use Tapiscia sinensis as a model case. T. sinensis is an ancient relict plant which is endemic in China and distributes across the subtropical China. To investigate the genetic diversity and phylogeographic structure of T. sinensis, the genetic information derived from nuclear microsatellite markers and chloroplast sequences will be synthetically analyzed. The aim of this project is to reveal the patterns of genetic diversity and phylogeographic structure of T. sinensis and to infer the possible glacial refuge and dispersal pattern in glacial and interglacial period by combining both the methods of phylogeoraphy and ecological niche modeling (ENM). Moreover, the main factors affecting the genetic diversity pattern and genetic structure will be studied by investigating the geological history event, biological characteristics and ecoclimatic factors. The results of this project will be used to infer the population dynamics of T. sinensis in the future and provide the foundation for formulating and implementing conservation and management strategies for this endangered species.

中国亚热带地区是我国生物多样性最为丰富的地区之一，同时也是许多物种的进化和起源中心，然而对这一地区代表性物种的遗传多样性分布格局及其谱系分化历史的了解甚少。本项目以该地区广泛分布的中国特有的古老孑遗濒危植物银鹊树（Tapiscia sinensis）为研究案例。采用cpDNA序列分析和nSSR分子标记技术，在居群水平上开展银鹊树的遗传多样性和谱系地理学研究，并结合生态位模拟(ENM)分析，揭示银鹊树孑遗居群的地理分布式样和谱系关系，探讨银鹊树在冰期和间冰期的进化历史和迁移路线，推断其可能的冰期避难所，结合地质历史事件、物种的生物学特性及生态气候因子，探讨影响银鹊树的遗传多样性水平和遗传结构的主要因素，推测其居群发展动态，为银鹊树的遗传管理和保育策略的制定提供理论依据。

开展濒危植物的谱系地理学的研究有利于理解濒危物种的濒危机制，同时为濒危物种的保护提供科学依据。对银鹊树进行谱系地理学研究有助于了解银鹊树的主要冰期避难地，推测银鹊树的居群动态历史及可能的迁移扩散路线，探究历史气候对银鹊树当前分布格局及遗传多样的影响。银鹊树的谱系地理学研究可作为研究中国亚热带地区植物谱系地理学的一个范例，同时也为银鹊树的保护及遗传管理提供科学依据。本项目采集了银鹊树分布范围内的24个居群共508个个体。利用自主开发的7对银鹊树SSR引物(TS1, TS2, TS3, TS8, TS9, TS10 和 TS11)对所有 508个个体进行基因分型；并从叶绿体引物中筛选了2对cp引物（rpl32-trnL 和 psbA-trnH）对24个居群中的291个个体进行基因分型。基于SSR引物及cp引物分析了银鹊树孑遗居群的遗传多样性以及居群谱系分化历史。本项目主要取得了以下研究结论：（1）在物种水平上，中国亚热带地区银鹊树具有较高的遗传多样性（HT = 0.816）以及单倍型多样性（hT = 0.896）；但是在居群水平上，银鹊树的遗传多样性很低。银鹊树的遗传多样性模式与历史气候变化以及自身生物学特性密切相关。（2）银鹊树居群间遗传分化很大（RST = 0.946, GST = 0.907）。较高的遗传分化受到银鹊树生活史特征尤其是交配系统的影响。我们的分化时间估算，银鹊树遗传分化大概出现更新世早期（1.02-1.74个百万年前）。（3）基于银鹊树所有个体的中性检验和失配分析表明银鹊树种内发生明显的居群扩张；生态位模拟（ecological niche modeling, ENM）预测结果表明，银鹊树当前的最适分布区与其目前的地理分布格局基本一致，而且在末次大冰期之后银鹊树分布区发生了扩张；云贵高原以及中部地区可能是银鹊树的冰期避难所。从保护的视角，银鹊树残存居群较低的的遗传多样性和较高的遗传分化水平暗示在濒危物种的保护管理中应考虑就地保护措施，云贵高原以及中部山区是这一物种的就地保护的优先目标。