东亚铁杉属植物的物种分化和谱系生物地理学研究

东亚是北半球温带植物多样性最高的地区，但对其物种多样性的起源和演化机制的探讨仍有待深入。铁杉属(Tsuga)是东亚亚热带针阔混交林的重要成分，其分布范围基本覆盖了东亚温带植物丰富度最高的地区。本项目拟以铁杉属东亚5个近缘种为研究对象，在覆盖全分布区取样基础上，选择三个基因组的多个基因或DNA片段进行序列分析，开展谱系生物地理学研究，并结合化石及地史资料，揭示东亚铁杉属植物物种形成的地理式样、种间杂交和基因渐渗过程，澄清其复杂的网状进化历史，探讨晚新生代重大地质构造事件和气候波动等对东亚铁杉属植物群体遗传多样性、遗传分化、物种分化和种间基因流的影响；同时，通过对东亚铁杉属植物的群体分化、物种分化和种间杂交事件等发生时间的度量，为探讨这些重大地质历史事件的发生提供有价值的线索。此外，本项研究将为东亚铁杉属物种的保护和利用提供科学依据。

由于针叶植物在生态和林业上的重要性，人们对探讨它们的生物地理和物种形成特别感兴趣，但由于种间祖先多态性共享和基因渐渗，使近缘种之间的物种界限和进化关系难以离清。为了探讨谱系拣选和基因流对针叶植物物种界限的影响，本项目以分布于东亚大陆亚热带山地的铁杉(Tsuga chinensis)、丽江铁杉(T. forrestii)和云南铁杉(T. dumosa)为对象，开展了比较谱系生物地理学研究。结合传统的谱系生物地理学分析方法和溯祖模拟，分析了来自3种铁杉52个群体1368个个体的父系遗传的叶绿体DNA和母系遗传的线粒体DNA的序列变异。结果发现：1）线粒体单倍型在3种铁杉之间广泛共享，叶绿体单倍型则表现出更多的物种特有性；2）铁杉－丽江铁杉物种对中存在两个遗传间断，可将其分布区划分成3个地理区域；3）单向的花粉流从丽江铁杉进入铁杉。据此推断：1）丽江铁杉起源于铁杉，通过边域性物种形成产生；2）铁杉内部存着隐性的遗传间断，将铁杉分为东、西部2个群体；3）3种铁杉之间广泛的线粒体单倍型共享源自祖先多态性保留，而种内基因流水平较高的叶绿体基因标记更适于针叶植物的分子鉴定；4）第四纪冰期气候波动时，喜马拉雅的群体发生过灭绝和回迁，其他地区的多数群体则原地保存。本项研究的结果为探讨针叶植物的物种形成和东亚亚热带第四纪气候波动与植物应答提供了一些新的观点。