喜马拉雅-横断山地区角蒿属(Incarvillea Juss.)特有种的起源与多样化机制

Studies on endemism is significant to reveal the property and evolutionary history of the flora and protect plant diversity. Himalaya-Hengduan Mountains is most abundant in the alpine flora. This region is complicated in floristic elements and rich in endemism. Plentiful endemic species contributes to modern plant diversity of the area. Studies on origin and phylogeny of endemic species is key to infer the evolutionary history of the flora and plant diversity. Twelve of total 16 species of the genus Incarvillea Juss. were found in Himalaya-Hengduan Mountains, and all 10 species of the subgenus Pteroscleris are endemic to this area, so that it is a typical representative of endemic plants in this kingdom and an optimal system to infer origin of neo-endemism and plant diversity evolution of the region. In this project, high-throughput sequencing will be used to scan SNPs in genomes of plants of the genus Incarvillea, in order to detect loci under selection and denote possible genes, then infer genetic mechanism of population divergence and speciation driven by selection analyze genetic diversity, population divergence and reveal genetic mechanism of selection driving population divergence and speciation. Combined with data from morphology, breeding system and biogeography, the group of the project will infer the mechanism of speciation and diversification of the subgenus Pteroscleris endemic to Himalaya-Hengduan Mountains, and further to explore the pattern of origin of neo-endemism and evolution of plant diversity in this region.

特有现象的研究对于揭示植物区系的性质、演化历史以及植物多样性保护等有着特殊的意义。喜马拉雅-横断山地区是高山植物区系最丰富的区域，该地区植物区系成分复杂、特有成分丰富，特有种是其植物多样性重要来源。研究特有种物种形成与种系发育是研究地区植物区系历史和植物多样性演化的关键环节。角蒿属（Incarvillea Juss.）全属16种植物中12个种在喜马拉雅-横断山地区有分布，其中波罗花亚属下10个种均为该地区特有种，是研究喜马拉雅-横断山地区新特有成分起源的理想系统。项目中将运用高通量测序技术，在全基因组范围内扫描SNP信息，检测自然选择作用的位点，对相关基因注释，分析自然选择驱动波罗花亚属植物分化和物种形成的遗传机制，结合形态和繁育系统特征以及生物地理学研究，阐明喜马拉雅-横断山地区角蒿属特有种物种形成和多样化的模式，为进一步探讨该地区新特有现象的起源和植物多样性演化提供理论依据。

波罗花亚属（Pteroscleris）是角蒿属(Incarvillea Juss.)内最大的亚属，包括10个种，集中分布于青藏高原及其邻近地区，是该地区新特有类群的典型代表。项目组对波罗花亚属的分布区进行了野外调查，摸清了波罗花亚属植物的资源状况。亚属内仅藏波罗花和密生波罗花分布居群数量相对较多、居群内个体较多，其它类群居群数量较少、居群较小，极易受到干扰，尤其高波罗花和单叶波罗花可能已经灭绝。生态位模型分析结果表明波罗花亚属生境预测的Maxent模型准确性较高(AUC=0.932)，最暖季均温、年降水量、海拔是限制其分布的主要气候因子，其适宜生境的气候特征是暖季均温高、年降水量充沛的中高海拔地区。末次间冰期和末次冰盛期分布的模拟结果表明波罗花亚属分布区在冰期向高海拔地区扩散。叶绿体基因组序列分析和简化基因组测序得到的直系同源的SNP分析显示波罗花亚属下存在显著遗传分化，亚属内形成了六个分支，但种间关系不明确。遗传多样性分布式样表明波罗花亚属可能经历了快速的辐射分化，一方面由于青藏高原特殊的地形地貌阻碍了居群间的遗传交流，相互隔离的居群各自适应复杂小生境，进而形成了星散分布的小种群，地理上的隔离以及小生境的异质化可能是居群间分化的主要驱动力。另一方面，波罗花亚属内种群分化时间较晚，种间形态和遗传差异较小，种间关系不明确。起源较晚的新特有类群是青藏高原植物多样性的重要组成部分，波罗花亚属物种形成和分化机制为揭示青藏高原地区植物多样性起源和演化模式提供了线索。