青藏高原葱属（石蒜科）基因组大小进化研究

Genome size (monoploid, 1Cx) is an important trait of plant, genome size is hugely variant among inter-species. However, variant mechanism and selective pressure of genome size are important problems in evolutionary biology. In plant, genome size is affected by ecological factor except its own. Furthermore, genome size closely correlate with phenotype, karyotype, and seed traits. Habitat diversity resulting from the uplift of Qinghai-Tibetan plateau has promoted severely differentiation of Allium L.; moreover, karyotypic traits and phylogenetic relationship in Allium are clear. Therefore, Allium is a good material to study genome size evolution in Qinghai-Tibetan Plateau. In this proposal, combined phylogenetic relationship, we will analyze genome size and its relationship to karyotypic traits, seed traits (seed size and seed mass), and ecological factors (altitude, mean annual temperature, mean annual precipitation, and phenology) to insight into model driving genome size evolution and relationship of environmental adaptation, as well as provide a value model of genome size evolution in Qinghai-Tibetan Plateau.

基因组大小（单倍体，1Cx）是植物的一个重要性状，植物的基因组大小在种间的变化巨大，但其变异的机制和选择压力一直是进化生物学研究中的重要科学问题。除了受物种本身的影响外，植物的基因组大小还受到生态环境的影响。此外，植物的基因组大小与表型特征、核型特征以及种子特征等密切相关。青藏高原隆升过程导致的生境多样化促进了葱属在这一地区的剧烈分化，加之葱属植物较为明确的系统发育背景以及清晰的核型特征，使得葱属成为研究青藏高原植物基因组大小进化的一个理想材料。因此，本项目拟以青藏高原葱属为研究对象，结合该属系统发育关系，分析基因组大小与核型特征、种子特征（种子大小和千粒重）以及生态因子（海拔、年均温度、年均降水量和物候期）的关系，阐明葱属在青藏高原基因组大小的进化模式及与环境适应的关系，为基因组大小在青藏高原的进化研究提供一个良好范例。

本项目以青藏高原葱属为研究对象，结合葱属系统发育关系，分析基因组大小与核型特征、种子特征以及生态因子的关系，阐明葱属在青藏高原基因组大小的进化模式及其与环境适应的关系。研究表明，青藏高原葱属基因组大小变异较大，且同一物种的不同倍性间也存在较大差异，重复序列和染色体加倍后融合可能是其变异的主要原因，其机制还需进一步研究。葱属基因组大小进化模式为渐进式进化，期间发生了适应性辐射。葱属古基因组大小为18.781 pg，该属物种可分为三个进化分支，其中第I分支基因组大小接近该属的古基因组大小，第II分支基因组大小表现出扩张的趋势，该分支可能发生了适应性辐射，第III分支基因组大小表现出收缩的趋势，该分支包括了一系列的倍性水平，包括二倍体、三倍体、四倍体、六倍体和八倍体，多倍化过程中DNA的丢失可能是导致该分支基因组大小收缩的主要原因。青藏高原葱属植物的基因组大小变化不受系统发育的影响，其基因组大小随着倍性水平的增加而降低，与千粒重、海拔均呈正相关关系，与19个生物气候因子并无相关性。我们推测该属基因组大小可能受青藏高原特殊生境（低温、高紫外线、土壤丰富的磷酸盐含量）选择压力的影响。