东亚陆桥岛屿片断化的遗传学效应研究：以金毛耳草为例

Elucidating and understanding the genetic effects of habitat fragmentation precisely has important theoretical and practical significance in biodiversity conservation. With the effective water isolation and clear landscape features, island system represents an ideal system for studying of the genetic effects of habitat fragmentation on plants. So far, the studies of habitat fragmentation in island system in South-East China have primarily focused on tree species. However, the long generation time of tree species makes the negative effects of habitat fragmentation undetectable in hundred or even thousand years. In our previous study, we found that 53 years of fragmentation has caused the significant loss of genetic diversity in a widespread short-lived herb Hedyotis chrysotricha. However, due to limitation of molecular marker and landscape data, the former study did not reveal the causes of genetic diversity loss and evolutionary tendency. Thus, we intend to use the RAD-seq technology, combing the theory and methods of population genetics, landscape ecology and statistics, to elucidate the genetic response and demographic changes of H. chrysotricha populations in two different island systems. The outcomes of these results will contribute to a better understanding of the key factors in sustaining the genetic diversity of plants in the fragmented habitats, and provide better conservation strategies.

准确探知和理解生境片断化的遗传学效应对生物多样性保护具有重要的理论和实践意义。岛屿系统具有清晰的景观特征和有效的隔离介质，是研究生境片断化对植物种群遗传学影响的理想体系。迄今为止，中国东南部仅有的岛屿片断化研究多关注于森林树种，而木本植物较长的世代周期常无法准确揭示生境片断化的长期影响。前期研究发现，53年岛屿片断化历史已造成广布短命草本植物金毛耳草遗传多样性的显著丧失，然而受分子标记与景观数据的局限，未能深入揭示金毛耳草种群遗传多样性丧失的主要影响因子及种群演化趋势。本项目拟采用RAD-seq技术，结合群体遗传学、景观生态学和统计学的理论和方法，比较分析不同时空尺度岛屿系统中金毛耳草的遗传变异水平和种群遗传结构，揭示片断化生境中植物种群维持遗传多样性水平的关键影响因子，以及随片断化时空尺度增加后种群历史动态演化过程，可以为片断化生境中植物物种多样性的保护提供可靠的理论依据和实践指导。

人为活动导致的生境片断化已成为全球生物多样性丧失的主要威胁之一。在中国东南部地区，不同时间和空间尺度的岛屿系统为监测生境片断化对植物的遗传影响提供了理想的研究场地。在本研究中，我们选取了短命两型花柱植物金毛耳草（Hedyotis chrysotricha）为研究对象，采用RAD-seq方法对浙江地区的千岛湖（TIL）和舟山群岛（ZA）的金毛耳草种群展开群体遗传学研究。基于RAD-seq方法，每个千岛湖和舟山群岛的样本分别产生了1421.5百万和1638.9百万的高质量reads。在过滤了低质量的位点后，在TIL样本中获得了185个未连接的SNPs，在ZA样本中获得了188个SNPs用于群体遗传分析。群体分析结果显示，TIL种群的遗传多样性和遗传差异水平高于ZA种群（π=0.247 vs. 0.208，HE=0.228 vs. 0.190，FST=0.103 vs. 0.092）。此外，TIL地区近期瓶颈事件的发生率也较ZA地区高。在ZA地区的岛屿和大陆种群之间没有观察到明显的遗传差异，而TIL岛屿种群中S型花的遗传多样性明显低于L型花（π=0.109 vs. 0.167，P=0.046）。我们在两个地区都发现了小到中等水平的种群之间的基因流动，表明该物种强大的种子传播能力可以在面对长期的生境破碎化时提供复原力。综上所述，该研究阐明了金毛耳草在不同时空尺度片断化生境中的遗传变异和种群动态变化，显示了近期（精细空间）和历史（广义空间）的生境片断化都没有造成金毛耳草岛屿种群的严重遗传丧失，强调了该物种强大的基因散布能力可以维持较大时空尺度中种群的连通性。本研究不仅丰富了我们对人为生境片断化对短命植物影响的理解，还为面对持续的生境破坏和片断化的自然种群的保护和管理提供参考和借鉴。