绿绒蒿属多对姐妹（近缘）种的物种分化研究

The phased uplift of the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) since the middle Tertiary has greatly changed the geologic and climatic environments of East Asia, leading to the great environmental differentiation between the highest plateau and surrounding mountains in Central & Southwest China. Of great interest is to unravel the roles of geographic and climatic changes in speciation process using phylogeographic approaches. Given much higher rates of molecular changes than in woody species, short-lived herbs may provide the best model systems for studies aimed at illuminating the role of environmental and climatic shifs in driving diversification and speciation. However, most phylogeographic studies on some herbs in the QTP have only inferred the evolutionary history of individual species from uniparentally inherited chloroplast DNA. Here phylogeographic analyses will be carried out to retrieve the divergence process of multiple species-pairs of Meconopsis using both nuclear and organellar DNA data. Also, molecular dating will be implemented in the analyses of evolutionary history between species-pairs in different environments. It will be very helpful to reveal the underlying mechanism driving the rapid speciation of Meconopsis in the QTP by comparaing of the demorgraphy histories of multiple species-pairs.

第三纪末/第四纪以来气候的剧烈震荡导致了自然环境的急剧变化，对地球上不同地区动植物的分布和遗传结构产生了深远影响。青藏高原的剧烈隆起、亚洲季风的形成及复杂的气候变迁，导致中国中西部及高原台面的地形地貌、气候及自然环境的显著差异。本项目在对绿绒蒿属系统发育重建及分子钟度量的基础上，选择起源及分化时间不同的多对姐妹（近缘）种，利用细胞质和核基因标记的居群遗传学分析，揭示分布于鄂西-川西、秦岭-青藏高原东部及横断山区-喜马拉雅地区的多对姐妹（近缘）种的居群建立过程及物种分化历史；结合植物进化历史及物种分化时间的度量，分析具有相同生活型、传播方式及相似遗传背景的（姐妹）种对在不同环境下的物种分化模式。综合以上分析，揭示青藏高原地区绿绒蒿属物种多样性的形成机制与高原的隆起及气候变化的相关性。

重大地质历史及古气候事件对地球上不同地区植物的分布和遗传结构产生了深远影响。青藏高原的剧烈隆起、亚洲季风的形成及复杂的气候变迁，导致中国中西部及高原台面的地形地貌、气候及自然环境上的显著差异。青藏高原地区剧烈的地质历史和气候变化对本地生物多样性产生了怎样的影响？在本研究中，我们结合系统发育重建和谱系生物地理学研究，探讨了青藏高原地区绿绒蒿属植物快速分化及物种形成的机制。.首先，结合细胞核和叶绿体基因重建了绿绒蒿属及其近缘类群的系统发育关系，发现41种亚洲绿绒蒿属植物不构成单系，据此对绿绒蒿属的范围做了重新界定。同时，绿绒蒿属的2个亚属的划分不成立，属下分类系统不合理。我们基于分子、形态和生物地理学证据，为进一步修订提供了指导性建议。.其次，我们选择绿绒蒿属的近缘类群或姐妹种开展谱系生物地理学研究。对姐妹种对红花绿绒蒿和五脉绿绒蒿开展了多个分子标记的谱系生物地理学研究，结果显示：1）该姐妹种经历了从秦岭向青藏高原东北的迁移，避难所位于秦岭山脉; 2）青藏高原东北部和东部边缘之间存在显著的地理遗传结构; 3）检测到种间杂交现象，群体间发生多次二次接触; 4）细胞核基因树和叶绿体基因树拓扑结构的不一致。对藿香叶绿绒蒿及其近缘类群的谱系生物地理学研究结果显示：1）群体间种子流几乎被完全阻断；2）群体间花粉流也非常有限；3）检测到种间杂交/渐渗现象。.此外，克隆了15种不同花色绿绒蒿的花青素代谢途径的关键节点基因F3H和F3’H，通过半定量PCR方法进行了功能验证。结果表明，花青素代谢途径中矢车菊素的加工修饰导致了绿绒蒿属植物花色由兰色向红色的转变。 .我们的研究结果表明，青藏高原快速隆升和第四纪气候反复振荡是导致绿绒蒿属植物快速分化和物种形成的主要驱动力。由于喜马拉雅地区的岛屿式环境、群体的长期的地理隔离和气候反复振荡，导致了绿绒蒿属植物快速的异域物种形成和杂交物种形成。