长白耧斗菜与尖萼耧斗菜生态物种形成研究

The molecular mechanism of speciation is one of the most important issues in the evolutionary biology. In recent years, the applications of high-throughput sequencing techniques provide us opportunities to identify the key genes that affect morphological and physiological traits. In this study, we plan to sequence both the genomes and epigenomes of two ecological species Aquileiga japonica and A. oxysepala. The aims of this study are to identify the low genetic diversity genomic regions within species and high genetic/epigenetic differentiation genomic regions between species. Thereafter, we will used both genomic and phenotypic data to demonstrate how and to what extend these genes affect the morphological and physiological traits of the two ecologcial species through comparative genomics and epigenomics analyses.

物种形成的分子机制研究是进化生物学领域最为引人关注的课题之一，特别是近年来随着高通量测序技术的运用，从全基因组水平鉴定在物种适应性分化过程中与表型和生理性状相关的基因已成为目前的研究热点。本项目拟对分布于不同生境中的两个生态物种长白耧斗菜（Aquilegia japonica）与尖萼耧斗菜（A. oxysepala）进行全基因组重测序（whole genome resequencing）与甲基化组（methylome）测序。基于所获得的分子与形态学数据，我们拟对物种内遗传多样性较低的区域以及物种间遗传/表观遗传分化较大的区域进行比较基因组学与表观基因组学分析，以期望通过本项目的研究鉴定在适应性分化过程中起到关键作用的基因，并阐述其改变这两个生态物种表型与生理性状的遗传与表观遗传机制。

适应性进化与物种形成是进化生物学领域最为引人关注的课题之一，特别是近年来随着测序技术的进步，从全基因组水平揭示物种形成的遗传与表观遗传机制已成为目前的研究热点。特别是，鉴定在物种适应性分化过程中与形态和生理性状相关的基因已成为研究的重点。本研究项目以进化生物学研究中的模式类群耧斗菜属（Aquilegia）为研究对象，采用群体全基因组重测序与甲基化组测序策略对该类群物种进行物种形成与适应性进化研究。所取得的主要研究成果包括：（1）基于对全部物种的全基因组重测序数据进行系统发育与遗传结构分析发现，耧斗菜物种根据其地理来源分为三个遗传分化明显的分支，即亚洲分支、欧洲分支和北美分支；（2）在长白耧斗菜和尖萼耧斗菜这两个姐妹生态物种之间，虽然其叶绿体基因组并未完全分化，但其在核基因组水平却产生了非常显著地遗传分化，并且两个物种都存在南北地理分化；（3）通过对耧斗菜属物种叶片的甲基化组进行分析发现，不同物种间存在部分种固定的种间差异甲基化位点；（4）通过对比分析遗传与表观遗传变异模式发现，大部分表观遗传变异与其遗传背景存在关联，但是部分表观遗传变异并不受到遗传变异影响；（5）杂交个体后代在遗传上是一个嵌合体，在DNA甲基化水平也处于两个亲本之间；（6）与耧斗菜属物种适应性分化的遗传变异主要与DNA复制和修复以及基础代谢相关，而差异DNA甲基化位点则与光合作用、抗逆性和防御等功能相关。本项目的研究成果为物种形成的遗传与表观遗传机制提供了重要依据。