过去气候变化对糙皮桦复合群遗传分化及遗传多样性的影响

Past climate change has a huge impact on species distributions, genetic divergence and speciation. Betula L., a genus of ~60 trees and shrubs, occupies a broad range in the northern hemisphere from the subtropics to the arctic, and is of ecological, ornamental and economic values. Betula utilis ssp. utilis and B. utilis ssp. albosinensis occur widely in China. However, little research has been conducted to investigate the impact of climate change on their demographic histories. In this study, we will develop many microsatellite markers for the two subspecies based on RAD data and the whole genome sequence of B. nana. A subset of markers combined with several chloroplast DNA fragments will be used to explore genetic structure and genetic divergence of the two subspecies. A combination of various methods, such as molecular biology, phylogeography, bioinformatics and ecological niche modeling will be deployed to infer their evolutionary histories. This project not only provides valuable genetic resources for Betula, but also identifies refugial populations of B. utilis ssp. utilis and B. utilis ssp. albosinensis for conservation and future use.

全球气候变化对动植物的分布、遗传分化以及物种形成具有深远的影响。桦木属 (Betula L.) 包括大约60种乔木和灌木，分布在北半球从亚热带到北极圈地区等不同的生境中，具有重要的生态价值、观赏价值和经济价值。糙皮桦 (B. utilis ssp. utilis) 和红桦 (B. utilis ssp. albosinensis) 在我国有广泛的分布, 但它们是否产生遗传分化以及过去气候变化对其遗传结构有何影响等科学问题尚未研究。本研究在对糙皮桦和红桦RAD测序以及对矮桦 (B. nana) 全基因组测序的基础上为糙皮桦和红桦开发大量的微卫星标记，并用以研究气候变化对其遗传分化及遗传结构的影响。此外，本研究利用叶绿体标记研究其生物地理。本研究综合分子生物学、谱系地理学、生物信息学以及生态位模型等综合手段研究其进化历史。这不但为桦木属植物提供丰富的遗传资源，而且对糙皮桦及红桦种群的保护及种质资源的开发与利用提供有利的指导。

全球气候变化对物种分布、种群分化及种群遗传结构有深远的影响。本项目以广泛分布的特有种糙皮桦复合群为研究对象，利用微卫星标记研究了糙皮桦复合群的种群分化及遗传结构；利用生态位模型预测了糙皮桦在末次冰期及全新世的分布范围；此外我们还研究了糙皮桦和同域分布的白桦之间的杂交渐渗。研究结果表明北方的糙皮桦（河北、山西、陕西及甘肃，北方谱系）同分布在西南地区的糙皮桦（云南及四川南部，南方谱系）之间已经产生了明显的遗传分化，而四川西部的糙皮桦为北方谱系和南方谱系的遗传混合；等位基因丰富度及遗传多样性从四川西部到云南北部呈现逐渐降低的趋势；生态位模型结果表明四川西部及秦岭大巴地区在末次冰期及全新世都适合糙皮桦的生存；结果还表明糙皮桦和白桦之间存在杂交渐渗但渐渗方向不受物种丰富度和倍性的影响。以上结果表明糙皮桦在末次冰期存在多个避难所，并且糙皮桦从四川西部到云南北部有明显的扩散；糙皮桦也由其它避难所向周围产生了有限的扩散。本研究对深入了解耐寒植物的谱系地理学有重要的借鉴意义。