喜马拉雅-横断山地区红豆杉属同倍体杂交物种形成研究

Hybridization plays an important role in plant evolution and speciation. Homoploid hybrid speciation (HHS) is considered to be rare, with only a few well-documented cases reported in plants to date. The Taxus "Emei type" lineage, which is mainly found in southwest Sichuan Province, probably arose via HHS involving hybridization between Taxus wallichiana and T. chinensis based on our previous phylogeographic studies. However, the speciation process is unclear. In the present project, by combining data from the chloroplast and nuclear genome, we aim to examine the genetic diversity and structure of the invovled species, to unravel the evolutionary history of these populations, with population genetics and phylogeographic analyses. In addition, we will use ecological niche modelling and ecological divergence analysis to test the level of their ecological niche differentiation. The results may reveal possible mechanisms underlying this case of homoploid hybrid speciation. The project not only helps to understand the speciation processes in Taxus and diversification mechanisms of plants in the Himalaya-Hengduan Mountains region, but also provides valuable baseline information for the sustainable use and conservation of the natural resources of Taxus.

杂交在植物的进化和物种形成中具有重要作用。在杂交介导的物种形成中，同倍体杂交物种形成较为罕见，目前植物中仅有少数案例。我们在红豆杉属的谱系地理学研究过程中发现分布于四川西南部的"Emei type"谱系是由喜马拉雅红豆杉和中国红豆杉杂交形成的同倍体种，但其杂交成种机制尚不清楚。本项目拟选取以上三个物种为研究对象，采用居群遗传学和谱系地理学的研究方法，通过对叶绿体和核基因两个基因组数据的分析，揭示其遗传多样性和遗传结构，追溯它们的居群进化历史。此外，利用生态位模拟和生态位分化的研究方法，检测这三个物种生态位的分化程度。基于以上结果，阐明其可能的同倍体杂交成种机制。研究结果不仅有助于理解红豆杉属植物的物种形成方式和喜马拉雅-横断山地区植物多样化机制，而且也可为该属自然资源的可持续利用和保护提供科学依据。

杂交在植物物种形成和演化过程中扮演着重要角色。在杂交介导的物种形成中，同倍体杂交物种形成较为罕见。此前的系统发育学和形态学研究表明分布于喜马拉雅-横断山地区的喜马拉雅红豆杉、高山红豆杉、峨眉红豆杉和中国红豆杉构成了一个理想的同倍体杂交物种形成的研究体系。本项目选择分布于该地区的四种红豆杉为研究对象，基于群落数据、居群遗传数据和气候数据，综合运用群落生态学、系统发育学、居群遗传学、和模型模拟等多学科交叉的研究方法和手段，对高山红豆杉和峨嵋红豆杉的杂交起源机制进行了研究。结果表明，两个杂交物种大约在5.0 Ma （百万年前）前与其亲本分离；第四纪冰盛期时喜马拉雅红豆杉和中国红豆杉发生了居群的扩张，高山红豆杉和峨嵋红豆杉则沿海拔上下迁移；四个物种群落组成存在明显的不同，群落构建机制也不完全相同，它们的功能性状表现出了显著差异, 当前的气候位也发生了显著的分化；未来气候变化情景下，除高山红豆杉外，其余三种红豆杉的潜在分布区将明显缩小和北移。结合该地区的地质和气候历史，我们推测高山红豆杉和峨嵋红豆杉的杂交起源是受5.0 Ma以来青藏高原隆升的地质和亚洲季风加强的气候过程共同驱动，峨嵋红豆杉和中国红豆杉在末次冰盛期时发生过融合和基因渐渗，导致其核基因的遗传组成同质化。环境变化造就的生态位分化是高山红豆杉和峨嵋红豆杉形成和演化的主要驱动力。该研究为该地区植物物种形成和居群演化机制提供了新观点，同时为生态位分化驱动同倍体杂交物种形成提供了实质的证据。