基于基因组数据的枫香属物种形成生物地理学模式推断

东亚北美间断分布被认为是异域式物种形成的经典例子。本项目以典型东亚-北美间断分布植物枫香属物种为研究对象，以物种形成中富有争议的邻域式/异域式生物学地理模式为切入点，通过构建cDNA文库获取近缘种基因组上大量位点序列，使用成熟的物种分化居群遗传学分析方法IMa模型，以及在前人基础上发展的两种模式下物种分化的似然函数模型，在枫香和缺萼枫香、北美枫香和西亚苏合香这两对具有不同分化水平的物种间，探讨不同时间尺度上可能的物种形成生物地理学模式，这是以非模式物种为研究对象，在基因组水平开展物种形成生物地理学模式的有益探索，其方法对其它非模式物种的生物地理学模式推断具有借鉴意义，其结果将深化我们对物种形成本质的认识，为解决物种形成生物学地理模式中的异域/邻域相对频率之争带来希望。

物种形成的生物地理学模式（异域式/邻域式）是进化生物学中富有争议的议题之一，其核心问题是物种分化过程能否有基因流存在。 本项目以东亚北美间断分布的典型类群枫香属物种为研究对象，通过两种不同地理模型下物种分化的似然函数检验和居群分化遗传学研究，在基因组水平上分别对不同时间尺度上的物种形成形成模式进行了检验。 通过构建枫香cDNA 文库，设计枫香属特异性引物，我们得到枫香属6个种53个基因的种上数据，对于我国分布的两个种枫香和缺萼枫香，我们对物种分布范围内的38个居群5个核基因和4个叶绿体基因进行了扩增。基于53个核基因，对北美枫香与西亚苏合乡以及东亚5个种对的分化时间分布在邻域/异域模型下进行似然比检验，结果除了北美枫香与西亚苏合香这一种对外，其它种对都是显著性支持邻域式模式，分析前者可能与这两个种关系较近，祖先多态性水平相对较高，可能需要更多位点的数据; 前一种我们称之为两物种方法，存在的问题是可能是种对间核苷酸变异速率导致的假象，因此，我们尝试使用一个外群或内群来校正突变速率，由于北美枫香在阿丁枫科位于基部类群，而在广义金缕梅科，阿丁枫科是一个比较孤立的类群，因此，我们扩增其它科的外群碰到很大的困难。我们选择使用西亚苏合香作为内群，三物种的方法进行似然比检验，同样都显著地支持北美-东亚种对邻域式物种形成模式。在居群水平上，我们对来自广西岑王自然保护区邻域分布的枫香和缺萼枫香居群分化的历史参数进行似然估计，结果显示这两个物种在分化过程中存在显著的基因流，并且迁移率不对称。提供了居群水平上邻域式物种形成的例子。除了项目设定的内容，我们对其中的一个广布种枫香种内分化和谱系地理学展开了研究，结果我们发现热带亚热带分布的枫香明显存在东部和南部两个多样性中心，中部居群为单一的年轻的叶绿体单倍型组成，是东部或南部在冰期后种群扩张的结果，这一结果深化了我们对热带亚热带地区地理格局的认识。