生态恢复中孑遗树种秃杉种源的遗传多样性和局部适应研究

Considerations of genetic diversity and local adaptation of tree species are important for maintaining evolutionary potential and resilience in a changing environment. Selecting an appropriate seed-sourcing strategy can minimize negative impacts of genetic depression and maladaptation in ecological restoration. This project will focus on Taiwania cryptomerioides Hayata with the purpose to understand the genetic diversity, spatial genetic structure and seed provenance of this important tree species under environmental change. We will utilize large numbers of SNPs obtained from restriction site associated DNA (RAD) sequencing to assess the genetic diversity and genetic differentiation of Taiwania cryptomerioides and analyze the genetic delineation of local provenance. In addition, the influences of environmental variables on the spatial genetic structure in both current and future environmental conditions will be explored using the landscape genomics approaches. The results will provide valuable guidelines for seed sourcing of Taiwania and also establish the new approach which can be used in seed provenance selection and the study of local adaptation in ecological restoration.

在环境变化背景下，生态恢复中选择种源时应考虑物种的遗传多样性和环境适应性，维持物种的进化潜力，避免恢复过程中可能产生的遗传衰退和适应不良。本项目拟以孑遗树种秃杉（Taiwania cryptomerioides Hayata）为研究对象，从遗传学角度探索环境变化下乡土树种的种源选择与物种适应问题。基于对秃杉群体进行RAD测序得到的大量SNPs标记，利用群体遗传学方法从全基因组水平对秃杉的遗传多样性与遗传分化进行评估，探索秃杉当地种源的遗传界定；应用景观基因组学方法探讨环境因素对秃杉群体遗传分化的影响，确定影响其遗传结构的关键环境因子，并通过模型从遗传上预测秃杉是否适应未来的环境变化。该研究可为生态恢复中秃杉种源策略的制定提供理论指导，对发展种源选择的科学途径有重要意义，提供解决生态恢复中“适地适种源”问题的新视角。

在环境变化背景下，生态恢复中选择种源时应考虑物种的遗传多样性和环境适应性，维持物种的进化潜力，避免恢复过程中可能产生的遗传衰退和适应不良。本项目以孑遗树种秃杉（Taiwania cryptomerioides Hayata）为研究对象，从遗传学角度探索环境变化下乡土树种的种源选择与物种适应问题。通过秃杉群体的详细调查和广泛取样，对10个秃杉居群的122个个体进行简化基因组测序，最终得到7505个SNPs位点。利用STACKS软件进行遗传多样性分析表明，云南尼瓦龙、贵州格头、福建古田、福建屏南、湖北利川和台湾新竹居群的遗传多样性较高，重庆酉阳、云南其期和福建尤溪居群的遗传多样性较低，另外，台湾新竹居群具有最高的私有等位基因数目。AMOVA分析表明，秃杉遗传变异主要存在于居群间，居群间有较大的遗传分化，居群间的基因流处于较低水平。基于STRUCTURE、NJ树和DAPC对秃杉遗传结构的分析结果基本一致，重庆和云南的大部分个体聚为一类，贵州、湖北利川（花板溪村）和云南尼瓦龙的部分个体聚为一类，福建、湖北利川（楠木村）个体和台湾居群均具有独特的遗传成分，各聚为一类。Mantel test分析显示，秃杉居群遗传距离与地理距离具有相关性。两种基于FST的异常值的方法检测出125个共有的outlier位点，LFMM分析表明最冷季平均温度、降水量季节性变化和最暖季降水量是影响秃杉适应性分化的关键环境因子。物种分布模型表明，秃杉的分布与降水、温度和地形相关因子均有关系，其中与降水相关的环境变量起到了较为重要的作用。秃杉在末次间冰期、末次盛冰期和全新世中期的分布与当前的分布大致相同，滇缅边境、台湾和福建局部一直是秃杉的高适宜分布区。在未来四种气体排放情景下，秃杉的气候适宜分布区表现出动态变化。研究结果可为生态恢复中秃杉种源策略的制定提供理论指导。..