水柏枝属三个近缘种的物种形成历史研究-来自简化基因组的证据

Speciation is a central aim of evolutionary biology studies, and the debate over questions about the process and mechanism of speciation received more and more attention. In the past years, the advancing of sequencing technologies has provided unprecedent opportunity for speciation researches. In this study, we will focus on three closely related species from the Tamaricaceae family, Myricaria squamosa Desv.，M. paniculata P.Y. Zhang & Y.J. Zhang and M. bracteata Royle, belonging Myricaria Desv., with parapatric distributions in arid and semi-arid areas in the Qinghai-Tibetan Plateau and adjacent regions. By sampling populations that over the major distribution ranges of the tree species, we will employ RAD-Seq data and subsequent data analysis approaches to detect the distribution pattern of genetic diversity for the three species and simulated their demographic history and interspecific gene flow utilizing coalescent-based modeling, in order to illustrate the speciation and evolutionary history of the three species, and how past environmental and climate changes, such as the uplifts of the Qinghai-Tibetan Plateau and Quaternary climate oscillations, have affect their speciation and evolutionary history. Our results will provide insights into the origin and evolution of these genetically close species that occur in semi-arid areas in the Qinghai-Tibet Plateau and adjacent regions as well as the conservation and exploitation of the genetic diversity resources of these forest trees.

物种形成是进化生物学研究的核心之一，与物种形成过程及机制相关的科学问题一直以来都存在着激烈的讨论。近年来，随着测序技术手段的进步，物种形成研究迎来前所未有的机遇。本项目拟以柽柳科水柏枝属邻域分布于青藏高原地区半干旱地带的三个姊妹物种（具鳞水柏枝Myricaria squamosa，三春水柏枝M. paniculata和宽苞水柏枝M. bracteata）为研究对象，覆盖主要分布区进行取样，利用简化基因组方法及相关数据分析手段，在群体水平上研究揭示三者的遗传多样性分布格局并基于溯组理论模拟三者的群体动态历史和种间基因流，以期揭示三者之间的物种形成和进化历史及相关青藏高原隆升和第四纪气候变化等环境气候变化事件对其产生的影响。本研究结果一方面可揭示青藏高原及邻近地区半干旱地带近缘物种的起源与进化历史，另一方面为环境气候变化条件下林木遗传资源的保护和利用提供重要理论基础。

具鳞水柏枝、三春水柏枝和宽苞水柏枝三个近缘物种在形态学上的差异细微，仅存在花序类型、苞片大小和嫩枝薄膜三方面的差异。本研究将三个近缘物种合并为水柏枝物种复合群，一方面进行低覆盖度的基因组重测序，完成叶绿体基因组的组装、注释和物种界定分析工作；另一方面进行群体简化基因组测序，正在进行遗传结构、群体动态历史和基因流事件的检测。依托于本项目，研究团队在中国范围内收集到水柏枝属物种约75居群、1000份分子材料，其中水柏枝物种复合群有57居群、600份材料。基于完整叶绿体基因组系统发育树的物种界定表明，三个近缘物种形成了2个聚在一起的单系谱系，而亚进化支之间无不连续、不重叠的形态学特征。综合叶绿体基因组遗传学和形态学证据，我们倾向于承认三个近缘物种适宜作为一个分类单元，而不是三个物种。同时，水柏枝物种复合群内分化出的两个单系谱系也可能揭示了其内部正在经历早期物种形成事件。群体简化基因组数据的分析目前仍不完整，基于现有的不完整的系统发育关系、PCA分析和遗传结构均印证了叶绿体基因组的结果，即，本项目的开展首次对三春水柏枝、具鳞水柏枝和宽苞水柏枝三个分类单元的处理发出质疑。后续我们还将继续基于群体简化基因组数据探索水柏枝物种复合群的物种形成、群体动态历史问题。本项目的开展可以为青藏高原及其邻近地区半干旱地带近缘物种的起源与进化历史增加了又一示例。