中间偃麦草的群体结构与物种形成研究

Thinopyrum intermedium (Host) Barkworth and DR Dewey (intermediate wheatgrass), is a wild plants which is relative to wheat. It has important value in agricultural crop improvement, species biodiversity, and agricultural ecosystem stability as genetic resources. Th. intermedium belonged to allopolyploid species, has experienced a long history. After its polyploidization, the issue that species populations are how to maintain genetic diversity, facilitate genetic differentiation and drive species evolution in intermediate wheatgrass has been paid extensive concern. To this end, in this project the populations of intermediate wheatgrass around the world and diploid ancestors donors are included in order to investigate the population polymorphism, rebuild evolutionary tree and simulate evolution history of species by using SSR marker, GBS-seq genome sequencing, nuclear and chloroplast gene sequencing, and fluorescence in situ hybridization technique. These results will help to reveal the difference of population genetic structure, clarify the influence factors of population genetic differentiation and explore mechanism of speciation and evolution in Th. intermedium. Our results will allow the evolutionary history, species or population diversity, and ecological adaption of Thinopyrum intermedium to be elucidated and provide theoretical basis for rational utilization of genetic resources and effective conservation of species diversity.

中间偃麦草是小麦近缘属野生植物，作为遗传资源在农业作物改良、生物多样性构成，农业生态系统稳定中具有重要价值。中间偃麦草是异源多倍体物种，经历了漫长的历史，在其多倍化后群体是如何维持遗传多样性，促进群体遗传分化，驱动物种进化，一直备受关注。为此，本项目拟以世界各地区的中间偃麦草群体及二倍体祖先供体为研究对象，利用SSR分子标记，GBS-seq简化基因组测序，细胞核和叶绿体基因测序，以及荧光原位杂交，进行群体多态性分析，群体进化树构建以及种群演化历史模拟，揭示中间偃麦草群体遗传结构差异，厘清物种群体遗传分化的影响因素，探讨物种形成与进化的机制。其结果将为客观认识中间偃麦草物种的起源演化、种群多样性、生态适应性提供基础资料，为物种生物多样性的有效保护和遗传资源的合理利用提供理论依据。

中间偃麦草作为小麦的野生近缘属植物，在小麦品种的遗传改良和维持农业种质资源多样性上具有重要价值，是农业科技原始创新的物质基础。本研究在收集整理全球范围内分布的中间偃麦草物种种群和疑似的二倍体供体祖先物种的基础上，通过EST-SSR分子标记、GBS-seq简化基因组序列分析、叶绿体基因（matK、trnL-F、rps4、trnH-psbA、rbcL）和细胞核基因片段（Acc1和DMC1）的序列分析，系统重建等研究手段，研究了中间偃麦草的物种的遗传特征、群体结构和物种形成及演化，获得了如下研究进展：（1）明确了多数中间偃麦草物种以拟鹅观草属物种（St）为母本供体，部分中间偃麦草材料以冠麦草（Ee）或百萨偃麦草（Eb）为母本供体；（2）补充和丰富了小麦族种质资源库，收集和整理了小麦族中间偃麦草100份和近缘属野生植物13种85份；（3）揭示了中间偃麦草具有两个遗传分支（K = 2），7个染色体部分同源群中仅有3个染色体部分同源群（染色体2、4、7）存在遗传分化，其他4个染色体部分同源群（染色体1、3、5、6）遗传分化不明显。中亚地区与高加索地区、西亚地区和西欧地区分布的中间偃麦草群体的遗传分化较大，预示着中亚地区分布的中间偃麦草具有明显的遗传结构；（4）揭示了中间偃麦草具有St，Ee和Eb等3个基本的染色体组组成，St染色体组来源于拟鹅观草属物种（Pseudoroegneria），在中间偃麦草物种中发生了遗传分化；Ee染色体组来自Lophopyrum elongarum，Eb染色体组来自Thinopyrum bessarabicum。中间偃麦草物种形成过程中7个染色体部分同源群之间发生了近缘属物种染色体（Ta、D和V基因组）不同程度的杂交渗入，促进了中间偃麦草染色体存在差异性进化，使得中间偃麦草具有复杂的染色体组组成。中间偃麦草在种群扩散中受到染色体部分同源群差异进化的选择作用，增加了中间偃麦草的遗传多样性；（5）在Ann Bot，Environ Sci Pollut Res，BMC Genomics等发表SCI论文3篇，会议论文4篇，获得国家授权专利2项，获四川省科技进步二等奖1项；（6）招收硕士5名，毕业硕士4名。