海仙花复合体生境适应分化机制研究

Subtropical China is famous for its high biodiversity, especially the Southwest China, which harbors abundant endemic and/or narrow distributed species, since its complex topography and relative warm climate in the Quaternary. Obviously, environment heterogeneity provide varied micro-habitats for species, and species response these heterogeneity as well. Study on the interaction between species and environment heterogeneity is helpful to uncover the pattern of the origin and evolution of species. In this proposal, we indent to test these interactions by exploring high-through transcriptome data of Primula poissonii complex, which include three species adapting different niches. We want to sequence the transcriptome of three species, coupled with the next-generation sequencing technologies (Illumina Hiseq2000). De novo short reads will be assembled to unigene using ABySS, Velvet and Edena software. Positive selection in some of genes tested using PAML and their corresponding pathway will be annotated based on the reference of KEGG database. In addition, we will sequence hundreds of single/low nuclear genes in each populations, and intent to obtain amounts of SNP for inferring the population demography, gene flow and divergence time between species. We believe that the genome-wide adaptive evolution, together with the key ecological elements and reproductive strategy of these species, will be helpful to understand the interaction of the species complex and their variable habitats.

我国亚热带地区具有很高的生物多样性，特别是我国的西南地区，更有着大量特有和狭域分布种。这一地区地形复杂并在第四纪时期气候温和，为物种的分化和保存提供了大量生境条件。生境异质性为物种的分化创造了条件，反之，物种也适应着这种生境差异。研究物种-生境异质性的相互作用对理解物种起源与分化具有重要意义。本研究拟选取分布于我国西南地区，适应异质性生境下的报春花科海仙花复合体为研究材料，利用第二代高通量测序技术获取高通量转录组数据，找出其中受正选择基因及相应通路。并结合不同生境条件下生态因子及繁育系统数据，探索海仙花复合体生境适应性的遗传基础。此外，通过居群基因组学研究，模拟该复合体有效居群大小的历史动态、物种间的基因流向、种间分化时间等进化事件，揭示不同生境因子和其他进化力量在物种分化中的作用。

横断山区是全球生物多样性热点地区之一。该地区存在多个大属，这些大属是研究爆发式物种形成的理想例子。本项目试图以横断山区大量分化的报春花属海仙花复合体（灯台报春组）为主体，研究物种形成和演化式样。本研究通过大规模的野外科学考察，结合形态学研究、分子生物学实验、基因组和转录组等层面的研究，分析海仙花复合体各物种间的分化及其系统发育关系。本项目按计划执行了该项目，为我们准确理解生物多样性热点地区的物种分化提供了大量珍贵数据。我们主要完成了以下几方面工作，并取得了显著进展：（1）通过野外科学考察，基本厘清了海仙花复合体的形态特点和分布范围，并详细获得了海仙花复合体的野外状态及形态特征的第一手资料。此外，我们重新发现了多个已50多年未见记录的珍稀濒危报春物种及其生存状况；（2）我们通过Sanger测序数据及二代高通量测序数据（RAD-seq和转录组测序），重点阐明了灯台报春组物种的种间系统发育关系，海仙花复合体内的种间关系，并发现了一个隐存种；（3）通过大规模的群体遗传学（15对微卫星数据）和谱系地理学研究（两个叶绿体片段），分析得到海仙花复合体内各物种的遗传背景和遗传结构，发现了种间的基因渐渗现象和杂交物种形成事件。该研究为生物多样性热点地区的物种快速形成研究提供了典型例子。