热带树种在基因组水平上对环境因子的适应性

Understanding how populations adapt to their local environment is a key issue in evolutionary biology. In the context of Global Climate Change, such studies are becoming critical as they can help to understand the potential of species for rapid evolutionary adaptation that would allow them to persist in a rapidly changing environment. Here, we propose a comprehensive study to investigate the genomic adaptations driven by environmental factors in a tropical tree complex with a wide distribution in tropical SE Asia. We will first develop genetic resources to efficiently analyze genome-wide genetic variation, including a draft reference genome and a genetic linkage map. We will then clarify the phylogenetic relationships between the different varieties of this species complex to better understand their genetic structure, diversity, and distribution. Finally, we will study the adaptive variation across environmental gradients, and across hybrid zones. Tropical species have been largely understudied while they represent a large fraction of the planet's biodiversity. This study will be one of the first large-scale projects to study adaptive genetic variation in a keystone tropical species, and will help to understand the response of tropical trees to climatic variation. Figs in particular are excellent model organisms for the study of forest tree evolution and adaptation, as well as for breeding system evolution, and plant-insect co-evolution. The genetic resources and the mapping population established during this study will provide the basis for abundant subsequent researches into the forest dynamics in response to both current and historical climate changes.

生物种群如何适应其所在环境是进化生物学里的一个核心问题。在全球气候变化的背景下，研究物种在快速环境变化下的快速适应潜力非常关键。本项目拟对一个热带复合种在基因组水平上对环境因子的适应性进行全面系统的研究。为有效分析全基因组范围的遗传变异，项目拟构建包括基因组草图和遗传图谱在内的一系列遗传资源库。在此基础上，厘清该复合种内各个不同种的系统发育关系，分布情况及其遗传结构和多样性。项目还包括对环境梯度上和混合林中适应性变异的研究。热带物种是全球生物多样性的主要组成部分，相关研究却十分稀少。本项目将会是第一批大规模针对重要热带树种适应性遗传变异进行基因组分析的课题，有助于理解热带树种对环境变化的响应。榕属植物是极好的研究树木适应与进化的模式物种，同时也是研究繁育系统及动植物协同进化关系的极佳材料。本研究拟得到的遗传资源及构建遗传图谱中的作图群体，将为后续森林动态对气候变化响应的研究提供坚实的基础。

生物种群如何适应其所在环境是进化生物学里的一个核心问题。在全球气候变化的背景下，研究物种在快速环境变化下的快速适应潜力非常关键。本项目热带分布榕属的一个近缘种复合体，木瓜榕复合体展开了基因组水平上对环境因子的适应性进行全面系统的研究。在此基础上，厘清该复合种内各个不同种的系统发育关系，分布情况及其遗传结构和多样性。项目还包括对环境梯度上和混合林中适应性变异的研究。本项目将会是第一批大规模针对重要热带树种适应性遗传变异进行基因组分析的课题，有助于理解热带树种对环境变化的响应。所得到的主要研究结果如下：(1)通过简化基因组数据构建的系统树表明，简化基因组数据在解决亚属间及组间关系具有一定的局限性。而解决组内种间关系具有很好的分辨率。（2）叶绿体单倍型的结构将整个复合体分为三个大的区域，海南岛岛屿类群特有的单倍型；中国亚热带中部-西南部，及中国云南西北部。 其中位于东南亚的老挝群体也具有特有单倍型，预示另一个多样性分化中心。木瓜榕和苹果榕的群体可能发生了近期的群体扩张，也可能是受到较弱的选择作用，从而有害的突变积累到一个较低的水平。我们在三个物种内部的部分群体上均检测到了显著的负的Tajima’s D 和Fu & Li’s D* 和 F*，从而表明物种内部不同群体间受到的群体历史及选择压力不同。（3）核基因SSR的遗传结构分析将复合体内三个物种显著区分开来，同时在种间有显著的渐渗。其中木瓜榕的大部分群体受到苹果榕的渐渗，而在海南岛分布的部分群体则受到海南榕的渐渗；海南榕在海南的群体主要受到木瓜榕的渐渗。在不同地域，三个物种间存在不对称的基因流，表明在不同的地理环境下，种间的遗传渐渗方向和强度均显著不同。9对核SSR 位点的structure 结果表明榕小蜂的主要包含4种遗传组分，群体遗传结果与榕树的结构分化基因一致。（4）选取了部分代表个体共111个个体进行了全基因组重测序工作，该部分工作将从全基因组的水平揭示榕树种间发生显著杂交渐渗的基因组区域及基因位点，并对发生渐渗的基因组区域和位点进行选择作用分析，结合环境异质性分析来检测是否发生环境异质性驱动的适应性渐渗。初步的分析表明我们的数据具有较高的比对结果，大部分个体和参考基因组的mapping 率达到了90% 以上，将为下一步的分析提供了数据质量的保证。