报春百合染色体重排与其群体分化关系研究

How species become divergent or new species is one of the fundamental and crucial issues in evolutionary biology. Despite the fact that chromosomal rearrangements play important roles in speciation, the ways in which they contribute to speciation remain less understood. Lilium primulinum includes three varieties: var. primulinum, var. burmanicum and L. primulinum var. ochraceum, distributed on the two sides of the important bioggeographic boundary ‘Tanaka Line’，, where the largely environmental heterogeneity existed. Our previous study suggested that strong chromosomal rearrangements existed both in inter-species and intraspecific populations within these varieties. Here, on the basis of extensive population sampling, we aim to deeply observe and compare the variation of chromosomal rearrangements within all populations, to examine the levels of genetic differentiation and gene flow between varieties and among populations based on SSR genotyping, and finally together with ecological niche modeling and experiments of reproductive isolation, to explore how chromosomal rearrangements contribute to the population differentiation within L. primulinum. Together, these investigation would add our understanding of the significance of chromosomal rearrangements promoting species divergence and speciation within Lilium, and help to provide greater insight into adaptive evolution for species distributed in Southwest China.

物种分化和形成的机制一直是进化生物学中最基础也是最重要的一个问题。染色体重排在物种分化和形成中扮演重要角色，但我们对其作用机制还知之甚少。报春百合种下包含3个变种（原变种、紫喉百合、川滇百合），分布在重要的生物地理分界线“田中线”两侧，分布区具有较大的环境异质性。另外，我们前期的研究发现：其在变种间以及部分居群间都存在着强烈的染色体重排的现象。本项目拟以报春百合为研究对象，广泛采集居群样品，深入观察和比较3个变种居群间的染色体重排的方式和差异程度；利用微卫星分型的手段检测变种及居群间的遗传分化及基因流水平；在此基础上，结合生态位模拟及生殖隔离实验，探讨居群间染色体重排在报春百合种群分化中的作用。研究结果将增加我们对染色体重排在百合属物种分化与形成中的意义，有助于进一步理解中国西南地区分布物种的适应性进化。

染色体重排在物种分化和形成中扮演重要角色，但对其作用机制还知之甚少。本研究以报春百合作为研究材料，利用多种手段探讨了不同因素对于报春百合种分化中的影响。核型以及分子显带结果表明，报春百合变种间染色体有明显的分化，这与群体遗传学结果一致。适生区分析结果表明不同的适宜环境生态因子是导致报春百合变种间分布差异的重要原因，这也是导致其染色体重排的重要因素。蛋白质组学的研究结果确认了变种间的表达蛋白有明显差异，这种表达差异与生境不同有关。生境对报春百合变种间的分化还得到了叶表皮研究结果的支持，该结果表明报春百合气孔变化和生境有关，和类群无关。花粉活性及结实率观察揭示了报春百合不同变种下居群的低繁殖率，并支持居群间的低基因流结果。另外还通过叶绿体基因组以及根际微生物组成，讨论了紫斑百合的系统关系，该种被长期认为和报春百合密切相关。该研究结果有助于进一步理解中国西南地区分布物种的适应性进化。