豹子花属杂交物种形成研究

The genus Nomocharis is endemic to Hengduan Mountains of southwestern China. Based on the previous research by the author, the generic status of this genus is questioned and the accommodation of it into the genus Lilium seemed to be rational and desired. At the meantime, the phylogenetic analysis conducted in the previous by the author also indicated that massive introgression caused by hybridization existed within this group and thus obstruct the species delimitation. The author also found an instance of possible hybrid zone, which contains three sympatric species as N. gongshanensis, N. saluenensis and N. meleagrina. Based on the previous achievements the author aimed to resolve the speciation mechanism of several taxon within the genus Nomocharis, by sampling as much representatives of both Nomocharis and related alpine Lilium species since drastic introgression among sympatric taxa were observed. By using the population genetic method conducted by single-copy nuclear genes, EST-SSR and chloroplast makers, the goal of present study are as follows: 1) recover the speciation mechanism for N. gongshanensis; 2) provide guidelines for speciation delimitation, as well as cryptic species identification; 3) build a case study on the asymmetry introgression (namely non-random gene flow) within a putative hybrid zone of N. gongshanensis, with the aim to investigate how asymmetry introgression contribute to and/or affect the speciation process.

杂交物种形成在植物进化中扮演了重要角色，但其形成机制和杂交后物种的维持仍值得进一步研究，尤其是在子代和亲本有基因流存在的情况下。申请者前期研究发现，横断山区特有属植物豹子花属中存在大量的杂交以及基因渐渗现象，并形成一定规模的杂交区，导致种间界限和系统发育关系模糊。本项目拟在完善系统发育关系的基础上，以贡山豹子花以及同域分布的两种豹子花组成的杂交区为研究对象，以居群为单位对相关百合-豹子花属类群进行有针对性的取样，并运用单拷贝核基因、微卫星分子标记、叶绿体基因片段相结合的群体遗传学研究手段对该类群的物种形成模式进行探讨。本研究的主要目的包括：1）揭示贡山豹子花的物种起源机制；2）对贡山豹子花杂交区内三个物种的维持机制、种间界限进行研究；3）以该类群为代表，对横断山区的物种形成、维持机制进行深入研究，揭示不对称基因渐渗（即非随机基因流）对物种形成的作用和影响。

杂交物种形成一直以来被认为是推动物种分化的重要机制。但是在近些年来，越来越多的研究表明，借助于杂交而广泛存在的基因渐渗比我们之前的认知要多的多。并且这样的一个过程对进化过程的作用是非常重要的。这一类持续不断的基因交流使得杂交物种形成这一现象很难被发现和定义，特别是重组杂交物种形成，在此过程中染色体数量并不加倍而维持为二倍体（同倍体杂交）。在本研究中，我们采用三个形态上定义的很好的豹子花属植物为研究对象（分别为多斑豹子花，贡山豹子花，云南豹子花，以海拔分布的升序排列），这三个中在同一区域形成了海拔梯度的替代分布，在前期的研究中，我们推测处于居中位置分布的贡山豹子花是由剩余两个临近分布的物种杂交而成，并且在三种的分布区内的两种接触区域发现了杂交区。为了验证这一推测，进一步明确杂交的亲本，在本研究中以此为研究对象，尝试揭示贡山豹子花是否为杂交后代，或者说这仅仅是一个持续基因交流的实例。为了达到该项目的，我们综合利用了叶绿体基因、核基因ITS以及微卫星标记的方法，在居群取样的水平上，对该问题进行分析。结果表明，贡山豹子花具有两种叶绿体基因组，分别于剩余两种相符合，并且物种基因流的方向是有偏向性的，即并非完全的对等交换。而核基因微卫星的结果表明，三个物种中，只有相对低海拔的贡山豹子花和多斑豹子花之间交流频繁，而处于另一海拔梯度的云南豹子花则几乎不受影响。我们综合我们的研究得出结论，贡山豹子花并非为这两个种的杂交形成的后代，而是这个三种的模型在相互接近的区域内存在持续的基因交流的情况。在如此大的基因流的背景下，三个物种如何保持自己的形态的独立性还不得而知。我们推测近年来发现的基因岛现象可以作为对此的解释，而叶绿体的不对称基因渐渗则很可能和百合类花的开花特质以及花期的先后顺序有关。