中国亚热带地区三种榧属植物比较亲缘地理学研究

Using Torreya grandis, Torreya jackii, Torreya fargesii as research objects, which belonging to family Taxaceae and genus Torreya, endangered species endemic to subtropical China. We will sample over the entire distribution range, using microsatellite markers, non-coding regions sequence of chloroplast DNA and mitochondrial DNA for the nuclear DNA, chloroplast DNA, mitochondrial DNA analysis, utilize population genetics software combined with ecological niche modeling analysis to compare population genetic structure and lineages geographic pattern of these three species, reconstruct the evolutionary history, determine the glacial refuge and post-glacial migration routes, then combined with the ancient geography and ancient vegetation and ancient climate data to analysis the impact of Pleistocene climate and environmental change on geographic patterns of lineages, population genetic variation and species differentiation of these three species, investigate the origin centers of Torreya plants in subtropical China, suggest the formation, migration and evolution history. Meanwhile, we will also evaluate the protective value of these three species and their distribution, determine priority conservation populations, formulate reasonable and effective protection strategy. The results will help to enhance understanding the formation and maintenance mechanism of biological diversity in subtropical China. At the same time, it also has important theoretical and practical significance for biodiversity conservation.

以中国亚热带地区特有的濒危树种，隶属于红豆杉科榧树属的榧树、长叶榧、巴山榧为对象，在整个分布区范围内进行采样，采用微卫星标记、叶绿体非编码区序列、线粒体非编码区序列分别对核DNA、叶绿体DNA、线粒体DNA进行分析，应用种群遗传学软件并结合生态位模型分析比较3个物种的种群遗传结构和谱系地理格局，重建3个物种的进化历史，确定冰期避难所以及冰期后迁移路线，并结合古地理、古植被、古气候资料，解析更新世气候和环境变迁对3个物种的谱系地理格局、种群遗传变异以及物种分化产生的影响，探讨中国亚热带地区榧属植物起源中心，推测其形成、迁移和演化历史。同时，评价3个物种及其所占有分布区的保护学价值，确定优先保护种群，制定合理有效的保护策略。研究结果有助于增进对中国亚热带地区生物多样性形成和维持机制的理解，同时对于生物多样性保护也具有重要的理论和实践意义。

物种当前的分布范围和遗传格局受全球气候变化及地质历史事件的深刻影响。亲缘地理学是我们了解地质历史事件对物种分布格局影响的重要手段，也可为制定合理有效的濒危物种保护策略提供依据。近年来亲缘地理学研究进展十分迅速，但主要集中在欧洲及北美地区，在我国的研究仍然非常有限，还有很多尚未揭示的格局。同时，已有的亲缘地理学研究主要采用叶绿体DNA和线粒体DNA，而很少结合核DNA，且大多选择单一的物种作为研究对象，往往导致研究结果无法全面地揭示物种空间分布及遗传格局的变迁历史。本项目以我国亚热带地区特有的濒危树种，隶属于红豆杉科榧树属的榧树、长叶榧、巴山榧、为对象，对其整个分布区范围进行采样，最后开发并筛选得到了三种榧属植物富含多态性的微卫星标记，并成功应用于其他植物；完成了长叶榧和榧树叶绿体基因组全序列的测定，确定了长叶榧叶绿体DNA和线粒体DNA序列中存在变异的11个位点；采用微卫星标记并结合叶绿体DNA和线粒体DNA序列变异对长叶榧整个分布区范围的所有种群进行了分析，确定了长叶榧核基因、叶绿体基因以及线粒体基因的种群遗传结构和谱系地理格局，发现长叶榧种群间混杂程度较高，微卫星标记和叶绿体序列分析结果都表明长叶榧曾经历扩张，计算得到长叶榧叶绿体DNA共6个单倍型且其分化时间大约开始于14.37百万年前，长叶榧种群开始扩张的时间大约为距今2351.26～12909.22年前；对长叶榧进行就地保护时应将缙云、松阳、桐庐、仙居种群作为优先保护对象，迁地保护时采集种质的间隔至少应保证植株间的距离在22m以上。本项目研究结果为榧属植物以及类似濒危物种采取有针对性的挽救和保护措施提供了科学依据，也为了解中国亚热带地区生物多样性的形成过程和维持机制提供了参考。