青藏高原特有灌木窄叶鲜卑花及同属近缘种的比较谱系地理学研究

The Qinghai-Tibetan Plateau and adjacent mountains has become the hot spot of phylogeography study for the past few years. However, limited by low coverage of sampling, simplex gene fragment and ordinary analytical approach, phylogeography Information of species in the region is still very limited. In the project, Sibiraea angustata and it’s relatives will be studied for comparative phylogeography. The program will use multiple gene fragments sequencing (four non-coding regions in chloroplast genome, one intergenic spacer region and one low-copy nuclear gene) and nuclear DNA simple sequence repeat (SSR) molecular markers for High Performance Capillary Electrophoresis (HPCE) to reveal genetic distribution pattern of the genus,combined with Comparative analysis on morphology features. And for distribution modeling, we will use records of species and climatic data to predict species distribution in different periods. Based on the above research, we aim to announce Quaternary glacial history of different species, to explain the causes of current biogeographic distribution pattern and isolation mechanism of each branch, to evaluate the possibility of miniature refuge on the QTP during Last Glacial Maximum (LGM), to forecast the effect on species diversity of future environment changes, especially global warming.

近年来青藏高原高原及其毗邻山区已成为谱系地理学研究的热点地区，然而由于采样覆盖度低、基因片段单一、分析方法简单等限制，我们获得该区域物种的谱系地理信息还很有限。本项目拟选择青藏高原特有灌木——窄叶鲜卑花（Sibiraea angustata）及其同属的两个近缘种为研究对象，通过对多基因片段（4个叶绿体基因组非编码区、1个核糖体转录间隔区和1个低拷贝基因）的测序分析和核基因组微卫星（SSR）毛细管电泳技术，进行比较谱系地理学分析，结合形态学特征比较分析，揭示本属植物的遗传分布式样。同时利用环境数据和分布点数据进行生态位模型分析，预测各种植物在不同时期的地理分布范围。基于以上研究，揭示物种在第四纪冰期的演化历史，阐释现存生物地理分布格局形成的原因及不同支系的隔离分化机制，评估青藏高原在末次盛冰期时存在微型避难所的可能性，预测未来环境变化，尤其是气候变暖对物种的遗传多样性产生的可能影响。

第四纪冰期与间冰期的地质与环境剧变对分布在青藏高原物种的分布与遗传分化造成了重要影响。对青藏高原地区常见的蔷薇科（Rosacea）鲜卑花属（Sibiraea）的两种多年生落叶灌木，窄叶鲜卑花（Sibiraea angustata）和鲜卑花(Sibiraea laevigata)，采用叶绿体基因间区（trnS-trnG, rpl20-rps12, rpl16, rps15-ycf1）、核基因片段（nrITS）和低拷贝基因查尔酮和酶（CHS）相结合的分子标记，基于窄叶鲜卑花42个居群（637个个体）和鲜卑花13个居群（139个个体）开展谱系地理学的研究，发现：窄叶鲜卑花比鲜卑花拥有更高的基因多态性与核苷酸多态性。青藏高原的鲜卑花属植物可以分为北部、中部和南部3大支。北部为两个种同域分布的区域，中部主要是窄叶鲜卑花，南部全为窄叶鲜卑花。北部与中部两支的遗传组成相似，遗传交流频繁，但南部一支与北部和中部两支没有共享单倍型，表现出与其他两支的隔离。在窄叶鲜卑花中确定冰期避难所3处，即青藏高原东南边缘、玉树-囊谦地区和松潘高原，鲜卑花中鉴定出后2处冰期避难所。两个种在间冰期从冰期避难所往外扩张过程中均经历了明显的瓶颈效应与奠基者效应，形成了现今的分布格局。青藏高原的快速隆升与第四纪冰期的环境剧变促进了鲜卑花属的遗传分化。鲜卑花和窄叶鲜卑花均经历了明显的近期居群扩张，估算扩张时间分别约为55.8Ka和56.9Ka，处在末次冰期间冰阶时期。系统发育关系重建表明两个种并不能相互形成单系，而是一起形成一支单系群。由于两个种的分布区完全重叠，遗传上高度相似，形态上差异不显著，我们推测窄叶鲜卑花和鲜卑花作为两个独立的种并不成立，应将其作一个种处理。此外基于SSR引物对两种鲜卑花进行群体遗传分析结果表明：鲜卑花和窄叶鲜卑花的主要遗传变异均存在于每个种的居群内（92.17% vs 89.06%），两个种主要的遗传变异也是在居群内（86.3%）而不是种间（3.65%）。窄叶鲜卑花的遗传多样性较高的4个种群在21.5ka左右由一个古老种群发生种群分化演变而来。STRUCTURE遗传分组和GeneClass分析表明两个种的界限并不显著，存在明显的渗入。两个种间存在从鲜卑花到窄叶鲜卑花的不对称基因流。