沙地云杉及近缘种物种界定与亲缘地理

Picea mongolica is a kind of rare and unique plant in Inner Mongolia, which is suitable for sand afforestation. Picea mongolica is often planted for urban greening in arid and semi-arid regions. This study researched picea mongolica and other nine kind of spruce, then compared them with Picea likiangensis. We chose 10-15 individuals from 2 to 5 representative populations, respectively. Then, the species delimitation and phylogeography of picea were researched according to ten nrDNA(M002、4Cl、EBS、FT3、GI、Sb29、Sb62、sel1364、sel1390、xy1420), five cpDNA（matK, rbcL, trnH-psbA, trnL-trnF, trnS-trnG）, and three mtDNA（nad1、nad5、nad7).The results of the study will further elaborate the system evolution of picea and genetic variation patterns. It can be helpful to understand the historical distribution change and vicariance time, then hypothesis of distribution, origins and history of Picea were verified. This study also defined molecular taxonomy of Picea accurately, confirmed the taxonomic status of Picea mongolica and the genetic relationship with other Picea and provided genetic basis for Picea mongolica protection strategy.

沙地云杉是内蒙古特有的珍稀植物，是优良的沙地造林和干旱区城市绿化树种，也是北方重要的用材树种之一。本研究以云杉组沙地云杉及近缘种（9种）为研究对象，各树种在每个省天然布区选代表性种群2-5个，种群内选10-15个体。利用云杉属常用10套nrDNA序列（M002、4Cl、EBS、FT3、GI、Sb29、Sb62、sel1364、sel1390、xy1420 )、5套cpDNA序列（matK、trnK、trnH-psbA、trnL-trnF 和 trnS-trnG）和3套mtDNA序列（nad1、nad5和nad7），研究云杉组物种界定与亲缘地理。研究结果将进一步阐明云杉属的系统进化、遗传变异式样，了解其历史分布变迁和隔离分化时间，进而验证云杉属分布来源；准确界定云杉组树种分子分类学地位，确定沙地云杉分类学地位及与其它种的亲缘关系，为沙地云杉保护策略提供遗传学依据。

沙地云杉(Picea mongolica)是我国特有树种，分布于浑善达克沙地东部边缘。该树种的地理空间分布较特殊，具有耐旱、耐寒、耐贫瘠及根幅大等特性。沙地云杉形态及核型特征与近缘种的红皮云杉和白扦极为相似，导致该物种在分类界尚存较大争议。本项目以云杉组树种为研究对象，利用生物气候变量、表型性状、cpDNA分子标记、nrDNA分子标记和GBS分析，对云杉组的亲缘关系、遗传多样性、遗传分化与结构、单倍型、种群动态历史，以及表型多样性、表型分化和生态位分化进行了系统地分析，探讨了沙地云杉的进化历史和分类地位，在前期研究基础上开展了沙地云杉体胚和种子发育转录组研究，为沙地云杉的分类鉴定、分子育种、种质资源保护利用提供理论依据。.（1）3种云杉（沙地云杉、白扦与红皮云杉）种间存在显著的生态位差异。最湿季度降雨量、最暖季度降雨量、最干季平均气温和最冷季度平均气温是造成3种云杉生态位分化的主要因子；3种云杉的潜在分布区在末次盛冰期的分布范围比末次间冰期要大，3种云杉2080s年的潜在分布区相比现在，其最适分布区范围有所减少或不变。 .（2）测定3种云杉的数量性状和观测针叶解剖结构，16个性状在群体间和群体内均存在极显著差异（P<0.01），其中沙地云杉变异系数最大（17.90%）；红皮云杉针叶横截面有2个树脂道，白扦有1个树脂道，沙地云杉无树脂道。.（3）基于cpDNA分子标记和nrDNA分子标记研究，结果表明，3种云杉种间遗传分化适中，基因交流频繁，认为沙地云杉、红皮云杉和白扦间存在基因渐渗，3个种间亲缘关系较近，其中沙地云杉与白扦的亲缘关系更近。.（4）基于简化基因组测序，共检测到3,104,341个SNPs，表明沙地云杉遗传多样性水平最高；3种云杉遗传变异主要发生在群体内；Structrue、PCA、系统发育树等分析，沙地云杉与白扦、红皮云杉能够清晰划分；3种云杉种群历史动态分析发现在末次间冰期和末次盛冰期之间3种云杉均经历过1次种群收缩事件，约2.2万年前沙地云杉与白扦的有效群体大小开始出现明显差异，至此以后差异越来越大。