青藏高原—蒙古高原—中亚地区砾玄参复合群的亲缘地理学研究

Since the Himalayan orogeny in the late Tertiary, declining sea-levels of Tethyan sea gradually and uplift of the Qinghai-Tibet Plateau (QTP) rapidly in early Pleistocene, promoted the drying and desert expansion of the QTP and adjacent regions and certainly affected the plant geographic distribution and evolutionary history. Scrophularia incisa complex comprises S. dentata, S. incisa, and S. kiriloviana, is one of the eremophyte dominated in QTP-Mongolia Plateau-Central Asia. Due to its critical geographical distribution pattern and the similar morphological and habitat characters, it was thought to be an ideal model to test dynamic history of QTP-Mongolia Plateau-Central Asia desert vegetation and how it responds to environmental oscilaltion. This study will take S. incisa complex as a testing model, using cpDNA, ITS, SSR, and RAD Tags, which acquired based on the next generation sequencing technology, to study the speciation, lineage divergence, dynamic history, migration route, impulsive ecological factors, to reveal the influence of desert expanding and vicariance on the plant geographic distribution pattern and evolutionary process Since Quarternary. This study will provide new evidence for the plant migration route and evolutionary history in the QTP, Mongolia Plateau and Central Asia.

第三纪后期喜马拉雅造山运动使得古特提斯海逐渐退却和早更新世青藏高原的急剧隆升,促进了青藏高原及周边地区的干旱化加剧和沙漠扩张,必将对该地区植物的地理分布格局和进化历史产生影响。砾玄参复合群包含齿叶玄参、砾玄参和裂叶玄参，即为分布在青藏高原—蒙古高原—中亚地区的荒漠植物成分之一。由于这一特殊的地理分布格局，以及它们之间相似的形态和生境，砾玄参复合群是研究青藏高原、蒙古高原和中亚地区荒漠植被动态历史，以及如何响应环境变化的理想模型。本研究拟利用cpDNA、ITS、SSR与基于二代测序技术的RAD Tags标记，通过亲缘地理学和景观遗传学的理论和方法，研究该复合群的物种形成、谱系分化、动态历史、迁移路线、生态驱动因子，揭示第四纪以来沙漠扩张和地理隔离对荒漠植物地理分布格局和进化历程的影响，为青藏高原、蒙古高原和中亚地区的植物传播路线和进化历史提供新的证据。

更新世气候动荡对许多干旱适应物种的种内或种间遗传变异和进化历史的形成具有重要影响。青藏高原及周边地区拥有很高的物种丰富度和特有水平，是植物谱系地理研究的热点地区。砾玄参复合群包含齿叶玄参、砾玄参、裂叶玄参和中亚的S.integrifolia，即为分布在青藏高原—蒙古高原—中亚地区的荒漠植物成分之一，是研究该地区荒漠植被动态历史，以及如何响应环境变化的理想模型。本研究以砾玄参复合群为模型，在前期cpDNA、ITS、SSR研究结果的基础之上，利用二代测序技术分别对8个砾玄参复合群代表性个体和47个群体的556个代表性个体进行质体基因组测序和简化基因组测序，通过亲缘地理学和群体遗传学的理论和方法，研究该复合群的谱系分化、种群地理结构形成与动态历史、生态位模拟，物种形成，获得一下主要结果： .1）基于质体全基因组的系统发育分析结果支持砾玄参复合群内存在两大地理谱系：中亚谱系和中国谱系；中国谱系又可进一步分为新疆、西藏和青海-甘肃-内蒙古三个分支（与此前基于叶绿体片段的结果相一致）。.2）基于RAD-seq数据的聚类分析结果表明，砾玄参复合群可以划分为四个基因池：S. integrifolia, S. kiriloviana, S. incisa, S.dentata。ML及BI分析均支持砾玄参复合群的中亚和中国两大分支，形成S. integrifolia (S.kiriloviana + (S. incisa + S. dentata))的拓扑结构。分歧时间估算结果显示中亚分支和中国分支分化时间大致在6.95Ma，中国分支内开始分化的时间约在5.88Ma，砾玄参和齿叶玄参的分化时间大致在5.10Ma。分布区模拟结果显示在末次盛冰期时，砾玄参复合群适宜分布区均有一定程度的压缩，并在间冰期以后发生扩张。本研究增进了对青藏高原—蒙古高原—中亚地区分布物种发生过程的理解，为进一步探讨砾玄参复合群的物种形成机制提供了基础。