大尺度水分梯度下羊草表型分化的分子遗传和气候学驱动机制

On the previous studies of Leymus chinensis populations, including population demography, morphological trait, anatomical structure and physiological adjustments, a new proposal is suggested to study the molecular genetic and climatic driving mechanisms in phenotypic differentiation of L. chinensis at large-scale moisture gradient in L. chinensis grassland (including the northeast meadow, typical steppe and desert steppe of Inner Mongolia), Northeast China (114o - 125o E, 43o - 45o N). Changing patterns of phenotype traits in the species will be investigated by the field survey (for example plant height, node length, leaf number, leaf length and width, leaf area index, above-ground and under-ground biomass partitioning; rhizome node length, proline and soluble sugar contents). Homogeneous culture is used to identify driving factors of phenotypic differentiation (moisture or genetic variations based on molecular level). Molecular markers and methylation detection will be used to explore the driving power of phenotypic differentiation, natural selection by the environment changes or spontaneous random drift. The knowledge will reveal the adaptation and evolution mechanisms of the species to the large-scale moisture gradient and will be useful for the study of other species.

在前期关于羊草种群研究的基础上（如种群数量、形态性状、解剖结构和生理调节等），以东北草原大尺度水分梯度上(东经114 - 125 , 北纬43 - 45 )羊草草地(包括东北草甸草原、内蒙古典型草原和荒漠草原)的羊草为对象，通过野外表型性状调查（包括植株高度、节长、叶片数、叶片长度、宽度、叶面积指数等；地上和地下生物量配置；根茎节长；脯氨酸和可溶性糖含量等）研究大尺度水分梯度下羊草表型分化的规律；同质栽培甄别表型分化是气候(主要是水分)驱动的，还是基于分子水平的可遗传变异；利用分子标记及甲基化检测等实验探讨羊草表型分化的驱动动力，是受环境变化的自然选择还是自发的随机漂变产生。通过这些研究系统揭示羊草表型分化的驱动机制及其对大尺度水分梯度变化的适应与进化机理，为其它广布种适应与进化机制的研究提供参考。

本项目的研究工作已按照项目任务书的原计划执行，各项计划任务基本顺利完成，并根据研究中的新发现增加了新内容。在1000公里的大尺度样带上对18个野外样点羊草种群进行了取样，测度了群落组成、密度、表型性状（株高、叶片数、叶长、叶宽、叶片面积等）；采用微卫星SSR标记方法对18个样点羊草叶片进行中性分子标记、羊草基因组扫描，完成了羊草DNA提取、琼脂糖凝胶电泳检查总DNA完整度和纯度、SSR标记及PCR扩增等工作。结果表明气候变化是大尺度水分梯度上羊草种群表型分化的主要驱动因素，通过同质栽培实验和QST-FST比较法判断了种群表型性状差异的来源，为深入理解物种形成的进化过程及其驱动力提供了例证。