额河杨的杂交起源和进化历史研究

Populus × jrtyschensis is mainly distributed along the Erqisi River without strict growing conditions, but resisting coldness. This taxon is one important material for further popular breeding. Most morphological characters of this taxon are intermediate P. nigra and P. laurifolia, and it is assumed to be a hybrid and forming hybrid zone between these two species. However, the habitat of this taxon differs from those of two assumed parental species and this taxon may represent an independent lineage after the hybridization between the other two species. In this study, we aim to confirm hybrid origin of Populus × jrtyschensis and distinguish two alternative hypotheses of the evolutionary consequences: hybrid zones between species or an independent lineage (species) after hybridization. We will employ two different population genetic markers: cpDNA, nrDNA sequences and SSR markers. These results should have important significance in deepening the studies of hybridization, introgression and new lineage origin of the tree species. In addition, our results may be helpful for further protecting and utilizing these cold-resisting tree resources.

额河杨主要分布于新疆北部额尔齐斯河流域，其对土壤条件要求不严、抗寒性强，是杨树选育良种的珍贵材料。额河杨形态性状多介于同域(邻域)分布的黑杨和苦杨之间，因此疑为后两者杂交产生的杂种(hybrids)。但额河杨与其疑似亲本的生境存在差异，仅凭形态学证据不能完全排除其为独立杂交物种(hybrid species)的可能性。本项目拟用母系遗传的叶绿体基因、双亲遗传的核基因和微卫星 (SSR) 技术标记额河杨及黑杨和苦杨的群体遗传结构，通过溯祖分析、遗传结构模拟，确定额河杨的杂交起源背景及该分类群各种群与黑杨、苦杨之间的基因流，最终分辨：额河杨各群体之间具有共享的、支持其成为一个独立谱系（物种）的遗传组合位点，还是各群体都是两个亲本种在不同地点随机杂交组合而形成的杂交带？研究结果对于深入研究林木物种之间的杂交、渗入、新谱系起源等具有重要理论意义，对于保护和利用这类耐寒林木资源也具有重要应用价值。

额河杨(Populus × jrtyschensis)主要分布于新疆北部额尔齐斯河流域，其耐贫瘠、抗寒性强，是杨树选育良种的珍贵材料。额河杨形态性状多介于同域(邻域)分布的欧洲黑杨(P. nigra)和苦杨(P. laurifolia)之间，因此疑为后两者杂交产生的杂种(hybrids)。但额河杨与其疑似亲本的生境存在差异，仅凭形态学证据不能确定该种是独立杂交物种(hybrid species)还是两个亲本种在不同地点随机杂交组合而形成的的杂交带？其与亲本关系又如何？针对上述问题，本项目通过群体遗传学方法开展了以下三方面的研究。.采集额河杨及其亲本51个居群912个个体的叶片样品，每居群10份以上标本及图片，选取其中有代表性45个种群共566个个体，进行1个cpDNA片段、8个nrDNA片段和20个SSR 位点标记额河杨及黑杨和苦杨的群体遗传结构，通过溯祖分析、遗传结构模拟，确定额河杨为欧洲黑杨与苦杨自然杂交形成的典型的以F1代个体为主导的杂交带：各种群个体主要由杂交F1代组成，部分个体为F2代或与某个亲本的回交；并且苦杨和欧洲黑杨之间存在由前者至后者的渐渗。此外，额河杨生境土壤相对亲本生境土壤更为贫瘠说明额河杨杂交带的形成与维持机制符合环境依赖性边界杂种优势假说。此结果为研究林木物种之间的杂交、渗入、新谱系起源等提供重要基础资料和理论意义，对于保护和利用这类耐寒林木资源具有重要应用价值。.对额河杨的亲本之一，处于欧洲黑杨边缘分布区的，分布于额尔齐斯河流域的10个欧洲黑杨种群117个个体用 SSR标记分析其遗传多样性和种群分化程度。结果表明，欧洲黑杨种群体现出普遍的远交，只有很低水平的近交，遗传距离和地理距离没有相关性。本研究为保护欧洲黑杨中国自然种群的多样性提供了理论依据。.对分布于中国西北地区21个种的95个个体用6个候选barcoding区（叶绿体两条编码区 (matK and rbcL) 、三条非编码区 (trnH-psbA, trnG-psbK和psbK-psbI)和核编码区ITS)测序，进行分子鉴定，结果显示核编码区 ITS比叶绿体区具有较高的分辨率，二者组合能提高树种分辨率。本研究为杨属植物分子分类提供依据，同时有助于分辨额河杨及其亲本在杨属中的分类地位。