气候避难所和地理分布变迁历史：中国西北干旱荒漠地区苦豆子的谱系地理学研究

It remains unknown that how plants in the arid regions of the northwest China responsed to the Quaternary climatic changes and how many refugia existed for them. In this project, we aim to study the phylogeographic pattern and evolutionary history of Sophora alopecuroides L., which is widely distributed in this area.We will collect population genetic data from sequence variation of the maternally inherited chloroplast DNA (cpDNA) and bi-parentally inherited nuclear loci (nDNA) and genetic variations of microsatellites (SSRs). We will assess the extent and distribution of genetic variations within and between populations within this speices, and clarify all historical causes that resulted in its current distributions based on newly developed approaches (e.g. Approximate Bayesian Computation, Ecological Niche Modeling ). Through such detailed studies, we will provide a good case study for phylogeographic patterns of the plants occurring in the arid reigion of the northwest China. All of these findings will be useful for further conservation and unitilization of this species.

干旱荒漠区植物地理分布如何响应第四纪气候变化？是否受大型山脉地理阻隔而存在两个或多个气候避难所？本项目拟以中国西北干旱荒漠区广泛分布在天山山脉两侧的多年生草本植物苦豆子为研究对象，采用不同遗传背景的叶绿体DNA、若干核基因座位序列变异和微卫星标记遗传变异相结合的方法，研究其现代种群遗传变异的地理分布式样，重点采用群体遗传学和谱系地理学的分析方法以及ABC等新发展起来的溯祖模拟检验方法，重建现代分布种群的进化历史，解析各种群的来源地或最后一次气候变化时的避难所，回答该区域荒漠历史上气候变化对该植物现代种群分布格局形成的影响。通过此实例研究，了解中国西北干旱荒漠地区草本物种如何响应第四纪气候变化；同时，也为苦豆子这一重要野生植物资源的保护和合理利用提供重要科学依据。

西北荒漠地区已有的谱系地理学研究大都在讨论破碎化生境在种群分化中的作用，而甚少提及大型山脉阻隔这一常见因素。在本研究中，我们采用不同遗传背景的多种分子标记，并结合最新的现代植物分子群体遗传学分析方法和生态位模型等生物地理学方法，绘制了苦豆子种群遗传变异的地理分布式样，追溯了其种群的进化历程以及空间遗传结构形成的历史原因。我们的数据显示，苦豆子种群存在强烈的东、西分化和明显的“二次接触”式种群历史动态。以代表核基因组信息的核基因组和微卫星序列数据为例，分布在最东部和最西部的种群间其遗传差异达到99.99%；但中间“过渡带”这一比例逐渐趋近于50%；同样的，叶绿体数据我们共获得17种单倍型，其中核心单倍型有2种，也显示出明显的东、西分化，但没有检测到明显的谱系地理结构。此外，苦豆子的西部类群中，天山南、北之间也存在明显的分化；同样的，遗传多样性分析表明新疆的伊利峡谷和喀什绿洲地区是苦豆子种群的多样性中心，推测受天山阻隔苦豆子在天山南、北形成的两个独立的气候避难所。这项研究探讨了苦豆子种群的谱系地理结构及其形成历史原因，对我们深入理解我国干旱荒漠地区物种响应第四纪气候变化的生物地理学模式提供了一个典型案例，也为苦豆子这一重要药用植物的种质资源保护和利用提供理论支持。