日本四照花复合体和多脉四照花亲缘地理学与物种形成研究

Phylogeography have forged empirical and conceptual bridges between the formerly separate disciplines of population genetics (microevolution) and phylogenetic biology(macroevolution).This project plans to analyse the molecular phylogeography and speciation of Cornus kousa complex and Counus multinervosa. The geographical distribution and phylogenesis of haplotypes will be discussed based on the variation of C.kousa and C.multinervosa cpDNA and nuclear sequences. Compared with the outgroups, the ancestral haplotypes will be confirmed and the genetic structure will be ascertained. Our team will speculate the historical events,gene flow and population size after speciation by Isolation-with-Migration(IM)analysis methods. Based on the DNA sequences data,we will analyze the history event of the lineage or species by ENM model, population genetics,Bayesian and ABC model, and identify the effect on speciation of the two species by introgression and lineage sorting. In addition,on the basis of SSR mark and DNA sequences data, we will ascertain the spatial-temporal patterns of genetic variation,evaluate the effect which is affected by historical factors, island vicariance and population size and reveal the population genetic variation,genetic structure and speciation mechanism. According to the data of palaeogeography, palaeovegetation ecology and palaeoclimate, we hope our results can reveal the modern pattern of geographical distribution and speciation of C.kousa and its closely related species, trace the evolution of populaiton history and possible glacial refuges.

本项目拟对日本四照花复合体及其近缘种多脉四照花广泛群体取样并进行形态性状分析；基于叶绿体和核基因序列变异数据，分析单倍型的地理分布规律及单倍型系统发育关系，确定古老单倍型，构建基于简约法的单倍型网络图，重建物种的谱系地理式样；利用群体遗传学方法、Bayesian、ABC模型并结合生态位模型，分析种或谱系经历的历史事件，探讨物种形成的生物地理学模式；选择近缘地理谱系，利用"溯祖"理论、"隔离群体遗传学"方法，鉴别"杂交渐渗"与"谱系分选"对日本四照花复合体和多脉四照花物种分化的影响，揭示日本四照花复合体及其近缘种群体进化历史，阐明东亚物种多样性形成机制。结合SSR群体遗传学数据，查明群体遗传变异的时空格局，并剖析历史因素、岛屿地理隔离、居群面积等因素对居群遗传结构的影响，阐明遗传变异和分化的影响因子。

通过对近缘种进行比较亲缘地理学研究，阐明物种分化与形成历史过程，对揭示东亚植物区系多样性形成的机制具有非常重要的意义。基于叶绿体序列变异数据和微卫星数据，分析单倍型的地理分布规律及单倍型系统发育关系，重建了四照花复合体的谱系地理式样，探讨了四照花复合体的谱系地理结构与群体进化历史；利用cpDNA单倍型构建的TCS网络表明Hap1和Hap2为广布单倍型，湖北的宣恩具有多种原始单倍型，湖北的武当山具有特有单倍型。结合四照花的分布模拟推测四照花的冰期避难所是武当山和宣恩，湖北是四照花的起源中心。利用群体遗传学方法、Bayesian、ABC 模型并结合生态位模型分析表明，四照花单倍型多样性(Hd)为0.689，核苷酸多样性 (π) 为0.002。IBD分析结果表明四照花的遗传分化是由地理距离造成的。本研究利用8对引物进行SSR分析得到153个等位基因，平均观测杂合度（Ho）是0.674，平均期望杂合度（He）为0.578，多态信息含量（PIC）平均值为0.688，基因流（Nm）为1.099，Fst = 0.202。内繁系数分析（F）分析显示：四照花群体杂合子过剩，STRUCTURE分析显示四照花来自两个基因库，基因交流频繁。而且四照花部分群体经历了瓶颈效应，73.04%的遗传变异存在群体内。基于群体分布和物种分布模型的物种景观连接度研究表明，末次盛冰期到现在的分布区有明显的缩小，现在到2080年适生分布区面积也呈缩小的趋势。. 总之，本研究探讨了四照花复合体群体遗传变异的时空格局，并剖析地质历史事件、地理隔离、居群大小等因素对居群遗传结构的影响，阐明了四照花复合体遗传变异和分化的影响因子。