气候变化与物种进化历史持续性研究：以高山栎为例

Climate change is altering the natural systems across the globe. For the long-lived forest species, adaptive evolution is one of the most important responses to the changing environment and understanding the molecular mechanism of local adaption will help us to forecast the evolutionary trajectories of the tree species. However, until now there is a lack of comprehensive study on this topic. In this project, firstly we aim to identify a set of adaptive candidate genes from the two dominant evergreen forest tree species: Quercus aquifolidies and Quercus spinosa by a Pool-Seq method. Secondly, we will reveal the nuclear genetic diversity and genetic structure among populations of the two species, infer their demographic history. Thirdly, we will examine the correlation between multivariate nuclear genetic variation and climatic variation. Fourthly, to illustrate how geographic genetic variation could interact with regional patterns of climate change, we will produce region-specific bioclimatic distributions of oak using Ecological Niche Modeling method based on historical and future climate grids. These results will provide important bases for revealing how alpine tree species response to the changing environment in this area.

气候变化正在改变全球的自然生态系统。适应性进化是森林树种应对气候变化的最重要方式，因此理解物种局地适应的分子机理可帮助我们了解其未来命运。但是目前针对此问题的具体研究尚显薄弱。本项目以青藏高原及其邻近地区森林的优势种和建群种川滇高山栎和刺叶栎为研究材料，以结合Sanger一代测序和高通量的二代测序的混合测序方法鉴定出与应对气候变化的相关核基因，理解高山栎组植物核基因的遗传多样性和遗传结构，解析其进化历史；通过多元统计方法分析遗传分布式样与气候因子间的关系，探求物种对环境的适应性；利用生态位模型模拟、推测两近缘种在重要的地质历史阶段和未来的物种分布规律。我们的研究将为深入理解常绿高山森林物种对气候变化的应对提供基础。

本项目以广泛分布于喜马拉雅-横断山脉及我国东部山区的高山栎植物为研究材料，通过结合种群遗传学和景观基因组学分析方法探讨高山栎植物的种群遗传分化和遗传多样性，揭示重要的森林树种遗传变异与环境的关联。本项目的实施为揭示高山栎类的适应性进化机制以及应对未来气候变化的未来命运提供了理论依据。. 项目负责人团队在本项目的支持下通过8次为期156天的野外调查采样，共调查研究了7种高山栎植物的野外分布及生境状况。共采集了高山栎140个种群1918个个体的叶片样品，硅胶干燥保存后用于后续叶片形态和DNA提取。项目团队采用15个核微卫星位点和基于Sanger和高通量二代混合测序方法的候选基因方法研究川滇高山栎生态适应的遗传机制。通过多变量线性分析和非线性模型以及两种不同的异常位点挑选方法将遗传和环境因子进行联合分析，结果显示川滇高山栎植物的遗传组成和环境之间具有很强的相关性，揭示了高山栎植物为应对气候变化产生了较强的适应能力，而季节性降水(bio15)、1月降水量(perc01)和6月降水量(prec06)与遗传变异之间具有较高的相关性，说明这些因子可能是维持高山栎植物适应性进化的主要驱动力。同时发现选择性的中性进化过程（如距离隔离）是西藏谱系(Tibet Lineage)遗传变异的关键驱动因素，而适应性过程（如环境隔离）则是形成横断山-四川西部谱系(HDM-WSP Lineage)遗传多样性的主导因素。非适应性风险分析表明与Tibet谱系相比，HDM-WSP谱系在未来气候变化中具有更好的适应潜力，同时位于横断山脉最东端的边缘种群平武(PW)对prec01的适应潜力比其他种群都要低，这表明在未来的气候条件下，这种被隔离在分布的东部边缘的边缘种群可能面临更高的灭绝风险。. 本项目结合种群遗传学和景观基因组学方法揭示了高山栎植物的遗传多样性形成机制，并解释了环境因子在构建遗传变异中的重要程度，同时预测了高山栎植物应对未来气候变化的适应潜力，为深入理解该地区主要森林树种的适应性遗传机制及制定相应的保护策略提供基础理论依据。