极小种群野生植物大树杜鹃的种群重建与回归自然实验研究

Plant reintroductions play a critical role in maintaining global biodiversity. It has been widely recognized that reintroduction is an important strategy for species rescue and population restoration of plant species with extremely small population(PSESP). Rhododendron protistum var. giganteum is a PSESP with limited distribution in Gaoligong Mountains of northwestern Yunnan Province in China. This project will carry out the constant studies on its reintroduction and population reconstruction based on our previous studies about the species' biological characteristics, conservation status, artificial seedling propagation and endangered mechanism. Specially, the species distribution model (MaxEnt) will be employed for the prediction of suitable distribution for species’ reintroduction. The genetic diversity and structure of seedling units will also be assembled using the SSR molecular makers and spatial genetic structure analysis. In addition, the effect of habitat factors on the reintroduced seedling’s colonization will be studied based on the generalized linear models and principal component analysis. The adaptation mechanism of reintroduced seedling to different habitat will also be determined using ecophysiology experiments, RNA sequence and transcriptomic analysis. Based on these studies, we will elucidate the 3 key questions in the process of plant reintroduction: how to prepare the genetic diversity of reintroduced individuals? What factors affect species colonization during individuals reintroduction? How does the individual adapt the different reintroduced habitat? Furthermore, about 6-8 artificially populations of Rhododendron protistum var. giganteum will be success established in the field habitat. This project will not only provide scientifical basis for the conservation and population recovery of Rhododendron protistum var. giganteum, but also provide important theoretical and practical reference for the species reintroduction and population conservation of other PSESP and endangered plants in China.

种群回归自然是全球生物多样性保护领域关注的焦点，也是极小种群野生植物抢救性保护的重要策略之一。项目在前期已经探明极小种群野生植物大树杜鹃的基础生物学特性、濒危现状与濒危机制并成功培育其幼苗的基础上，进一步延续性的开展其种群重建与回归自然实验研究。项目拟通过物种分布模型研究大树杜鹃回归的适生生境，采用SSR分子标记和空间遗传结构分析研究种群回归的遗传结构配置，通过生理生态指标测定、转录组测序和广义线性模型等研究回归生境对幼苗定居的影响及植株对回归生境的适应性机制。阐明植物种群回归过程中面临的如何配置回归居群的遗传多样？影响幼苗回归定居的生境因子是什么？以及回归植株如何适应回归地的生境等3个关键科学问题，并获得该物种种群重建与回归自然的有效保护模式。项目研究结果将不仅对大树杜鹃的种群重建与恢复具有重要价值，并对其他极小种群野生植物的种质保护与恢复，均具有重要的理论参考价值和实践指导意义。

植物种群重建与回归自然被认为是极度濒危植物抢救性保护的一项重要保护策略。大树杜鹃（Rhododendron protistum var. giganteum）为极小种群野生植物，函待开展抢救性保护。项目以大树杜鹃的种群重建与回归自然为研究目标，采用空间遗传结构分析探究了大树杜鹃种群回归自然的遗传配置策略；利用MaxEnt 模型预测大树杜鹃在我国的潜在适生区，选择合适的回归地点，并进行种群重建与回归实践；通过分析不同回归地居群的生长、表型性状及基因表达差异，并结合不同回归地环境特征，综合评价物种在种群重建与回归过程中的适应性。研究发现：（1）大树杜鹃在物种水平具有中等水平的遗传多样性，在不同年龄级中，幼树群体具有比其他年龄级更强的空间遗传结构，小树和成年树群体不具有空间遗传结构并呈现随机分布；（2）基于MaxEnt模型对大树杜鹃的适生区预测结果显示，当前时期大树杜鹃主要分布在云南西部的高黎贡山一带。在不同排放情景（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）下两个未来时期（2050s和2070s）的潜在适生区分布预测结果表明，大树杜鹃在2050s和2070s时期适生区仍然主要分布在云南西部一带；（3）完成了大树杜鹃人工居群构建，采用转录组测序和加权基因共表达网络分析的方法对不同回归居群适应环境的分子机制研究表明，与表型性状和环境因子显著相关的模块各有14个，KEGG富集分析发现，这些模块的基因显著富集到油菜素内酯生物合成、植物中MAPK信号通路、植物-病原菌相互作用、植物激素信号转导、植物昼夜节律、苯丙素生物合成和光合作用等通路。项目研究结果不仅为大树杜鹃的种群保护、回归及重建工作提供了重要的科学依据，同时也为其他濒危植物的物种保护工作提供了理论参考。