固沙草属的物种界定和物种分化研究

Orinus is an alpine endemic genus to the Qinghai-Tibetan Plateau and adjacent regions. This genus is of the great importance in the ecological restoration and potential usages in breeding new genetic resources. We aim to conduct an extensive field exploration for the total genus and then delimitate species boundary based on studies in deverse characters and genetic variation at the population level. We will address three major questions: How many species should be recognized or delimiated for this genus? What are phylogenetic relationships between these species? Where is each species exactly distributed? Based on these studies, we will use 12 SSR loci and genetic data from chloroplast DNA to trace speciation history within this genus. Finally, we will collect germplasms (including both DNA and seeds) of each species at population level and plant all major seeds in the botanical gardens. These collections will be highly useful all diverse utilizations based on this genus in the future.

固沙草属是青藏高原及其邻近地区高山特有属，是这些地区极端沙地环境下生长的关键或唯一类群，不仅具有重要的生态价值，而且同时也是野生牧草利用、极端环境植物基因资源利用最具潜在价值的研究对象。本项目在全面野外调查基础上，拟综合利用广义形态性状和分子标记在居群水平上对该属所有物种进行物种界定和分类研究。通过居群水平的形态性状变异统计分析，对居群内、种内及种间杂交可能导致的性状变异具有一个准确的认识，然后通过居群水平的分子物种条形码标记对上述变异进行相关性分析，同时利用这些分子和形态性状建立种间系统发育关系，最终确认：该属应划分为多少个物种，每个物种具体的地理分布范围，物种间的亲缘关系如何，完成属内分类学修订；在此基础上，利用叶绿体DNA群体遗传数据和12个SSR位点标记共同研究物种间的分化过程；最后，收集每个物种多个居群的种质资源（含DNA和种子）永久保存，并将种子栽培成活，为各方面研究提供基础。

固沙草属是青藏高原及其邻近地区的一个高山特有属，是在该地区极端沙地环境下生长的关键或唯一类群，作为野生牧草和适应极端环境植物资源，具有重要的生态价值。自该属确立以来，先后发表了6个物种，但这些物种的形态变异复杂多样，种间界限模糊，能否作为独立的分类学物种至今未见任何报道，据此本研究在全面野外调查基础上，综合利用形态统计和DNA条形码分子标记在居群水平上对固沙草属所有物种进行了物种界定和分类修订研究，结果发现固沙草属物种仅应被划分为两个分隔较好的独立集群，以及第3个可能起源于前两者近期杂交或长期具有基因渐渗的新物种，即6个先前确认的固沙草属物种应该减少到两个，同时另有一个新物种被发现，这为今后研究高原地区植物物种界定提供一个好的典型范例。同时，本研究还利用12个SSR位点的遗传变异研究了重新界定的固沙草属物种的分化过程，发现固沙草属3个物种间存在高水平的遗传分化；居间固沙草与鸡爪草具有较近的亲缘关系，与固沙草的亲缘关系相对较远；基于SSR数据采用近似贝叶斯计算的模型检验结果支持居间固沙草的杂交起源，固沙草和鸡爪草的分化发生在大约2.51百万年前，居间固沙草的杂交起源大约发生在0.689百万年前，这一时间稍晚于根据ITS估算的结果（2.58和1.01百万年前），认为第四纪尤其是更新世以来，青藏高原的持续隆升以及气候的反复剧烈变化可能造成并促进了固沙草属祖先类群的异域分化以及它们分化之后的杂交。固沙草属的物种分化是更新世气候变化导致的生境分化，进而导致植物物种形成，这为更新世气候变化导致的物种形成再次提供了一个新例。固沙草属物种界定和物种分化的研究不仅填补了固沙草属物种分化的研究空白，而且也为以后固沙草属种质资源的保护和利用提供了科学依据。项目资助发表和接受发表论文25篇，其中SCI论文8篇；培养博士后1名，博士研究生2名，硕士研究生3名；项目投入经费49.00万元，显示支出34.5220万元（实际支出38.4220万元），各项支出基本与预算相符；显示剩余经费14.4780万元（实际理应剩余10.5780万元），其计划被用于本项目研究的后续支出。