人为干扰对南方红豆杉群体遗传结构的影响及基因流响应机制

With the increasing of human activities, human disturbance poses a serious threat to biodiversity throughout the world. As a complex problem, the effect of human disturbance on forest population and its active mechanism are not clear up to now. In this project, we select Mairei yew (Taxus chinensis var. mairei) as model plant to analyze the effect of human disturbance on population genetic structure. Three molecular marker methods will be used in experiment, such as EST-SSR, cp-DNA non-code sequence and mitochondrion SSR (Mt-SSR). Through the analysis of the genetic structure, paternity analysis and seed source (dispersal) identifying under different human disturbance stress. We intend to have a comprehensive understanding of gene flow dispersed by pollen and seed at geographical and spatial scale, including its features and response to human disturbance. Our objective is to reveal the effect of human disturbance on Mairei yew population genetic structure and the response mechanism of gene flow. The expected results can make us more clear understanding of human disturbance effect and its active mechanism. Meanwhile, the expected results can provide more scientific and effective management measures for the protection of Mairei yew. The project has important theory significance and application value.

随着当前人类活动的增强，人为干扰对生物多样性的影响日益加剧。但人为干扰对林木群体遗传变异的影响及其作用机制仍不清楚。本项目选择南方红豆杉(Taxus chinensis var. mairei)为模式植物，拟采用三种分子标记方法（EST-SSR、叶绿体基因组非编码区测序和线粒体基因组SSR），从不同的遗传体系（双亲遗传、父系遗传和母系遗传）全面解析人为干扰对南方红豆杉群体遗传结构的影响规律。通过不同尺度遗传结构分析、父本分析和种子来源（散布）检测，掌握不同干扰胁迫下群体间（内）花粉、种子介导的基因流变化规律，阐明基因流对人为干扰的应答过程。最终揭示人为干扰对南方红豆杉群体遗传结构的影响规律和基因流响应机制。研究结果不仅能明晰人为干扰对林木遗传变异的影响及其作用机制这一科学问题，还可为南方红豆杉种群保护提供科学、有效的管理措施，具有十分重要的理论意义和应用价值。

随着当前人类活动的增强，人为干扰对生物多样性的影响日益加剧，但人为干扰对林木群体遗传变异的影响及其作用机制并不清楚。项目选择南方红豆杉为模式植物，采用三种分子标记方法，从不同的遗传体系(双亲遗传、父系遗传和母系遗传)和地理尺度全面解析人为干扰对南方红豆杉群体遗传结构的影响规律，阐明基因流对人为干扰的应答过程，最终揭示人为干扰的影响机制。得到以下主要结论：.1. 在种的水平，南方红豆杉群体遗传多样性呈中等水平(HT=0.572)，群体间存在显著的遗传分化(FST=0.161)，线粒体标记结果与核基因组较类似。4个叶绿体非编码区测序共检测到6个单倍型，基因多样性指数(Hd)为0.577，遗传分化系数为0.415，群体间存在极显著的谱系地理结构。.2. 人为干扰对南方红豆杉群体遗传结构和基因流产生了极显著的影响。核基因组结果表明，重度干扰群体内具有最高的遗传多样性(He=0.500)和基因流(Nm=1.575)水平，但群体间遗传分化最低(FST=0.062)。线粒体基因组标记的结果与核基因组一致，叶绿体标记结果与之相反。这与植物不同基因组的遗传方式和进化速度有关，相应揭示了人为干扰对南方红豆杉群体遗传变异影响的显著效应。.3. 不同干扰群体的现实基因流(父本分析)结果表明，南方红豆杉的有效花粉散布距离为10.00-25.00m，花粉散布无明显的固定模式。一定程度的人为干扰可以促进植株间的基因交流，提高雄性繁殖率，有利于南方红豆杉的繁殖、生长和长期生存。.4. 长期的地理隔离，人为干扰和生殖生物学特性是形成当前南方红豆杉群体遗传结构的主要原因。南方红豆杉的生殖生物学特性不利于其花粉和种子传播，长期的人为干扰促进了花粉和种子介导的基因流，从而形成了南方红豆杉独特的群体遗传结构和基因流模式。根据南方红豆杉群体的遗传多样性和遗传结构信息，不同群体应采取有针对性的保护措施。.研究结果可为南方红豆杉种群保护提供科学、有效的管理措施，具有十分重要的理论意义和应用价值，亦可为我国生物多样性保护提供重要参考。部分结果已在相关自然保护区管理中得到应用。