青藏高原两种特有红景天属植物的比较谱系地理学研究

Evolutionary history and responses to future climate change of alpine plants on the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) are still unclear. Comparative phylogeography of Rhodiola alsia and R. chrysanthemifolia, two related Rhodiola species endemic to the QTP, will be studied in this program using chloroplast DNA sequencing and nuclear DNA SSR molecular markers. Last Glacial Maximum (LGM) distribution, current distribution and future distribution of the two selected species will also be predicted employing ecological niche modelling method.The aim of the present program is to use a combined phylogeographic and species distribution modeling approach to compare glacial histories of the two plant species. We also attempt to assess the impact of different historical and ecological factors on the formation of respective phylogeographic stuctures and to reveal allopatric divergence mechanisms of different lineages. At last, projected species distributions based on a future climate scenario will be modelled to assess how changes in the species ranges might impact on total intranspecific diversity in both cases.

关于青藏高原地区植物的进化历史和对未来气候变化的响应仍然不是很清楚。本项目拟选择青藏高原特有的两种红景天属植物-西川红景天（Rhodiola alsia）和菊叶红景天(R.chrysanthemifolia),利用叶绿体基因组测序和核基因组SSR技术，对两种植物进行比较谱系地理学研究，揭示两种植物的避难所和冰期后迁移路线。运用生态位模型预测两种植物分别在末次盛冰期、现在及未来（100年）气候变化条件下的空间地理分布范围。结合谱系地理学研究结果和物种分布预测结果阐明两种植物现有谱系地理格局形成的历史原因和生态影响因素，揭示不同支系的隔离分化机制，探讨未来气候变化对两物种遗传多样性可能产生的影响。

青藏高原地区植物的进化历史一直是进化植物学家关注的焦点。到目前为止，关于该地区植物在第四纪冰期的进化模式仍然不是很清楚，不能得出一般性结论。本项目通过微卫星引物开发，结合叶绿体DNA（cpDNA）和核糖体DNA（nrDNA）测序，对青藏高原特有的多年生草本植物——西川红景天和菊叶红景天进行谱系地理学研究，可以为我们更好地理解该地区植物的物种分化和进化历史提供新的数据。本项目所取得的主要研究结果和结论如下：.1）通过表达序列标签文库筛选法和磁珠富集法分别开发获得具有多态性的EST-SSR引物17对、G-SSR引物13对。.2）利用叶绿体DNA两个基因间隔区（rpl20-rps12, trnS-trnG）序列、核糖体DNAITS序列和16对SSR标记对西川红景天18个居群227个个体进行谱系地理学研究。检测到45个cpDNA单倍型和19个ITS序列类型。只有3个cpDNA单倍型广泛分布，大部分为特有单倍型。分子变异分析表明，居群内遗传变异为51.24%，居群间为48.76%。叶绿体DNA和核糖体ITS揭示了3个遗传多样性相对较高的避难所：青藏高原东南部边缘避难所，唐古拉山北部避难所和唐古拉山南部避难所。分子钟估算表明，西川红景天ITS序列主要分支的分歧时间为0.35-0.87 Mya，表明第四纪气候波动可能是导致该物种分化的主要驱动因素。该物种在第四纪冰期时退缩到了3个相互隔离的避难所并发生了不同程度的异域分化而形成了现有遗传结构。SSR分析结果支持上述结论。.3）利用叶绿体DNA trnL-F，rpl20-rps12和核糖体DNA ITS序列对菊叶红景天13个居群183个个体进行谱系地理学研究，共检测到20个cpDNA单倍型和27个ITS单倍型，特有单倍型在居群中均匀分布，遗传多样性较高的居群在采样范围内也呈均匀分布，表明该物种在末次盛冰期，甚至之前的冰期时存在多个微型避难所。居群在隔离的微型避难所内发生异域分化形成了现有的遗传格局。此外，与单亲遗传的cpDNA数据相比，双亲遗传的ITS序列表现出更高的居群间遗传变异，可能是由于自交引起的。