中国特有金钱槭属植物物种形成的生物地理学模式研究

Speciation has been considered to be the "Mystery of mysteries" in evolutionary biology since Darwin's time, and the process of speciation is the foundation for the generation of Biodivesity. By using the controversial biographic modle of parapatric/allopatric speciation, this project is intended to study the gene flow in the process of speciation of the genus Dipteronia Oliv.(including only two species: D. sinensis and D. dyerana) endemic to China by using the IM model in the divergence population genetics. And this project will investigate the genetic variations of the genus Dipteronia inferred from maternally inherited chloroplast DNA sequences, bi-paternally nuclear genes (obtained through transcriptome sequencing) and nearly neutral micrisatellite markers. This study attempts to reconstruct the history of speciation and differentiation of the genus Dipteronia through combined with the effective population size and species divergence time and other parameters. The study will be a beneficial exploration of biogeography pattern of speciation in the non-model organisms. The findings will contribute to our understanding of the nature of speciation.

物种形成被达尔文称为进化生物学中的 "谜中之谜" (Mystery of mysteries)，这一过程是生物多样性形成的基础。本项目拟以我国特有金钱槭属植物（金钱槭和云南金钱槭）为研究对象，以物种形成中富有争议的邻域式/异域式生物地理学模式为切入点，通过母系遗传的叶绿体DNA序列和双亲遗传的核基因位点序列（通过转录组测序获取）以及近中性的微卫星标记，应用物种分化种群遗传学分析范式IMa模型，探讨物种形成过程中基因流的作用，结合物种有效种群大小以及分化时间等参数，重建该属植物的物种形成和分化历史。该项研究是在非模式生物中开展物种形成生物地理学模式的有益探索，研究结果将有助于我们对物种形成本质的认识。

金钱槭属（Dipteronia Oliv.）是我国特有的濒危属，属下仅包括金钱槭（Dipteronia sinensis Oliv.）和云南金钱槭（Dipteronia dyeriana Henry）两个物种。金钱槭分布于我国的中部和西部地区，而云南金钱槭仅分布于我国云南省东南部的局部地区。金钱槭属植物属于典型的第三纪孑遗植物，化石纪录表明金钱槭属植物在第三纪存在于北美大陆，但如今却仅限于我国并呈现出异域分布的状态。因此，金钱槭属植物自第三纪以来必定经历了复杂的进化历史。以金钱槭属植物为研究对象对于揭示物种形成的邻域式/异域式生物地理学模式具有十分重要的意义。. 项目首先对金钱槭属两个物种进行了比较转录组研究，揭示了两个物种在转录组水平上的差异，证实了选择作用对金钱槭属物种形成有着很重要的作用。同时开发了大量可用的EST-SSR和SCNG分子标记，为金钱槭属物种后期研究提供了宝贵的基因组资源。项目还对金钱槭属物种展开叶绿体基因组研究，并结合其近缘属-槭属物种的叶绿体基因组数据探讨了金钱槭属的系统发育位置。此外，在对金钱槭属植物广泛取样的基础上，结合生物地理学、群体遗传学、亲缘地理学以及物种分布区模拟的方法和理论，探讨了第三纪以来不同气候历史条件下金钱槭属植物的物种分化、居群动态历史及其群体遗传变异的分布格局，结果表明金钱槭和云南金钱槭之间存在高度的遗传分化，两个物种之间存在着较低的非对称基因流，该属物种的分化主要受到第四纪以前的气候环境变化的影响。金钱槭和云南金钱槭物种分化的主要驱动力是由于长期的地理隔离因素，属于典型的异域物种形成模式，而金钱槭种内的谱系分化与生态适应性有关。. 本项目通过4年的研究，完成了预期的目标，开发了大量可用于金钱槭属进化研究的分子标记资源，同时基于不同背景的分子标记揭示了该属物种形成的生物地理学模式。目前已发表论文9篇（其中8篇为SCI论文），待发表论文2篇；培养本科生3名，硕士研究生2名，博士研究生3名，青年骨干教师3名。