野生玫瑰（Rosa rugosa）的遗传分化和谱系地理

As a famous rare and endangered plant listed in red book，rugose rose (Rosa rugosa) is not only important germplasm resources for edible and ornamental cultivar breeding but also significant for maintaining ecological environment of coastal region. This study focuses on population genetic differentiation and molecular phylogeographic relationships of rugose rose based on our previous achievements of phenotypic variations and genetic diversity in natural populations. Chloroplast DNA non-coding region fragments，and ITS and low copy nuclear gene sequencing were employed to systematically assess the whole natural populations of rugose rose. It would clarify the phylogeographic structure, genetic variation level, and genetic differentiation characteristic, illuminate origin and evolution pattern, migratory route, and historical causes for the formation of current distribution pattern. Based on molecular phylogeographic, geographical distribution and climate data, Biomod 2 species distribution models were used to reconstruct geographic distribution patterns of in different historical periods, and to predict the potential distribution. Results from these studies would be helpful not only to protect and to develop this rare and endangered plant but also to attain effective management of the genetic resources and population restoration. Also, they would provide a theoretical basis for their crossbreeding.

野生玫瑰是列入我国物种红色名录的珍稀濒危植物，是食用和观赏玫瑰育种的重要种质资源，对于维持滨海地区生态具有重要意义。申请者的前期研究已经全面掌握了野生玫瑰自然种群分布特点，对不同种群的表型变异和遗传多样性进行研究，并收集了180份野生种质。本课题拟采用叶绿体DNA非编码区序列，结合低拷贝核基因和ITS序列分析对野生玫瑰自然种群进行谱系地理研究，从新角度阐明其谱系地理结构、遗传变异水平和遗传分化特点，探索其起源和演化、迁移路线、分布格局成因；基于分子谱系和地理分布数据与气候数据，利用Biomod2物种分布模型重建不同时期的分布地理格局，预测潜在适宜分布区。本课题可为该珍稀濒危物种的保护利用及种群恢复提供理论依据，为栽培玫瑰的杂交育种提供理论基础。

野生玫瑰是国家重点保护野生植物，具有较高观赏价值、经济价值及药用价值。本研究利用3对cpDNA引物序列扩增测序对野生玫瑰进行谱系地理研究，共获得19个单倍型，种群间基因流Nm为0.7，整体遗传多样性较低Ht=0.427±0.0863，遗传分化系数Nst=0.270>Gst=0.197（p<0.01），表明存在明显谱系地理结构，推测大窑镇、成山镇、敬信镇三个种群是南北谱系的第四纪冰川避难所。利用PacBio和Hi-C技术，获得了高质量的野生玫瑰基因组，最终组装基因组大小为407.1 Mb, contig N50大小为2.85 Mb，scaffold N50大小为56.6 Mb，超过98%的基因组序列被锚定在7条假染色体上；系统发育分析表明，660万年前玫瑰与月季分化而且没有发生谱系特异性的全基因组复制事件，玫瑰与桃和月季之间具有高度保守的共线性。通过重测序，在188份玫瑰种质和3份月季种质中共鉴定出19,041,284个SNPs，野生群体的个体观测杂合度和遗传多样性普遍低于栽培品种，栽培类群和野生类群很早就分离开。所有野生种群具有相似历史动态，从物种分化到约3 Mya年前经历种群扩张，到约1 Mya年前开始萎缩，然后缓慢扩张直到3万年前，这与冰河时代的地质历史大致吻合。吉林种群直到6 Mya年前有效群体规模巨大，之后则急剧萎缩，与玫瑰物种形成的时间基本一致，推断吉林群体最古老，在进化过程种先迁移到辽宁，再由渤海盆地迁移到烟台和威海。野生玫瑰在当代适生区范围为115°-125°E，35°-41°N，主要为华北、东北南部和四川盆地，相比于末次冰盛期南移并呈连续分布；2070年野生玫瑰适生区相较于当代发生明显北移，东北平原成为最大的适生分布区。在本项目资助下，发表研究论文5篇，制定了1项技术标准，培养了3名硕士研究生。