新疆特有早春短命植物准噶尔鸢尾蒜谱系地理学研究

Spring ephemerals are an indispensable part of desert flora of China. There are more than 200 ephemeral species in China, out of which more than 90% are only distributing in Xinjiang. Extensive researches in physiology and ecology aspects have revealed the adaptation mechanisms of ephemerals to the arid environment, however, it is still inadequate and have not been clarified regarding the ephemerals’ evolution, genetic structure, phylogeographic structure, as well as the responding mechanisms of them to the aridification and desertification in Xinjiang. Ixiolirion songaricum is a Xinjiang endemic spring ephemeral. This project aims to conduct phylogeography studies on Ixiolirion songaricum with chloroplast DNA (trnL-trnF, psbA-trnH, trnS-trnG) and nuclear ITS sequences. We expect to clarify the genetic diversity, genetic structure, and phylogeographical structure and estimate the divergent time of Ixiolirion songaricum. Furthermore, we will discuss the relationships between the geographic distribution pattern of Ixiolirion songaricum populations and geological events and climate change in Xinjiang, as well as its evolutionary history. Our study will provide foundations for elucidating the evolution and responding mechanisms of geographic distribution patterns to climate changes of spring ephemerals.

早春短命植物是我国荒漠植物区系的重要组成部分，国内共有200余种，其中90%以上仅在新疆分布。国内外众多研究从生理生态方面揭示了早春短命植物对干旱环境的适应机理，然而早春短命植物物种的进化、遗传结构、地理分布格局对新疆气候干旱化和荒漠化的响应机制等问题研究比较少，尚未得到阐明。准噶尔鸢尾蒜（Ixiolirion songaricum）是新疆特有早春短命植物，本课题通过叶绿体DNA间隔区（trnL-trnF，psbA-trnH，trnS-trnG）和核ITS序列对准噶尔鸢尾蒜进行谱系地理学分析，阐明准噶尔鸢尾蒜遗传多样性、遗传结构和居群的谱系地理结构，计算准噶尔鸢尾蒜的分歧时间，探讨准噶尔鸢尾蒜地理分布格局与新疆地质事件和气候变化之间的关系及其进化历史。本项目将为进一步了解早春短命植物的进化，以及地理分布格局对环境变化的响应提供基础。

气候变化，特别是第四纪以来的气候波动显著影响了全球植物的分布格局、遗传结构和种群历史。青藏高原的隆升以及亚洲季风的建立，西北内陆气候逐渐干旱化。近年来诸多耐旱灌木植物研究表明，第四纪以来气候的变化对新疆植物区系和植物谱系地理结构产生了巨大的影响。早春短命植物是新疆植物区系的重要组分，它们有别于耐旱型植物，是典型的避旱型植物，生长周期短（3个月左右）、速率快，对环境变化响应敏感，是研究植物-气候相互作用的良好材料，然而，关于短命植物谱系结构的研究很少。 .本项目以新疆特有早春短命植物-准噶尔鸢尾蒜为对象，系统调查了种群分布情况，采集了15个自然居群300余个体，利用核ITS和叶绿体DNA（ycf6-psbM，psbB-psbH）序列研究了准噶尔鸢尾蒜的遗传结构、种群动态和历史。.结果表明：所有15个居群中共检测到8个核单倍型和11个叶绿体单倍型，平均单倍型多态性分别为0.343和0.712。准噶尔鸢尾蒜遗传分化主要存在于居群间，具有显著的谱系结构。种群分化为2个谱系，且两个谱系在大约0.83 Ma（0.27-1.68）-1.55 Ma（0.54-3.54）之间开始形成并产生分歧，即早更新世到中更新世。谱系内的分化则发生于更新世中晚期，G1在大约0.5 Ma前开始分化（nITS 0.51（0.15-1.12）, ptDNA 0.49（0.11-1.18）），谱系G2 大约在0.07 Ma（0-0.39）-0.28 Ma（0.04-0.71）。准噶尔鸢尾蒜的两个谱系经历了扩张事件，BSP分析表明居群扩张发生在大约0.25 Ma左右，即更新世中晚期。与其近缘种鸢尾蒜的联合分析，暗示伊犁河谷是准噶尔鸢尾蒜的冰期避难所，并可能在冰后期自自伊犁河谷向东迁移，经天山北坡到天山东部。生态位模拟显示准噶尔鸢尾蒜种群自末次间冰期到末次盛冰期、当前以及未来半世纪内的潜在分布区持续缩小。综上，准噶尔鸢尾蒜具有显著的谱系结构，种群遗传分化、动态变化与更新世中（晚）期以来的新疆气候波动，特别是持续的干旱化，密切相关。.本项目的研究成果将为深入全面了解新疆短命植物区系的进化历史、对干旱环境的适应性分子机制，以及预测在未来气候变化影响下的群落演化提供基础。