中国、日本间断分布“孑遗”植物连香树属的亲缘地理学研究

在对中国与日本连香树广泛的群体取样基础上，基于连香树叶绿体（cp）DNA序列变异数据，分析连香树群体单倍型的地理分布规律及谱系关系；通过与外类群序列比较，对单倍型进行系统发育分析，确定祖先单倍型及其分布地，推测其冰期"避难所"。根据cpDNA序列与SSR标记数据，分析群体遗传变异与谱系地理结构。利用"溯祖"分析理论、"隔离群体遗传学"模型以及群体遗传学分析方法，估算中国与日本单倍型间的分歧时间、最近共同祖先时间、有效群体大小等参数，检测不同群体和地区是否经历了扩张事件、"IBD效应"以及"瓶颈效应"，并结合古地理、古植被生态、古气候资料，揭示间断分布地理式样的形成原因，阐明连香树群体的动态历史。通过群体地理分组与遗传关系分析，阐明属下种间的分类与进化关系。

东亚温带落叶林为第三纪孑遗植物的避难所，但孑遗植物的起源以及如何应对古环境变化仍不清楚。为阐明这一科学问题，本课题选择东亚植物区系的特有类群连香树属（Cercidiphyllum）为研究对象，利用系统发育、谱系地理学以及生态位模型方法，分析了该属现存两个种连香树（Cercidiphyllum japonicum）与大叶连香树（Cercidiphyllum magnificum）的物种分化时间、居群时空动态。.连香树为国家二级濒危保护植物，单科单属。有连香树（Cercidiphyllum japonicum）和大叶连香树（Cercidiphyllum magnificum）两个种。其中，连香树广布于中国和日本，而大叶连香树则仅分布于日本中部。本研究在资源调查的基础上，利用4个叶绿体基因间隔区（petA-psbJ, psbE-petL, rpl32-trnL, F71-R1516）、nrDNA ITS序列变异以及7对微卫星标记，分析了中国和日本分布的53个连香树居群的居群遗传多样性与谱系地理结构，并运用生态位模型预测了连香树的过去（末次盛冰期）和当代的潜在分布区，确定了连香树属两个种的分类学地位。BEAST分析的结果显示，连香树属2个现存种的分化在晚中新世/早上新世（6.52 Ma，95%置信区间：1.34 – 13.42 Ma)。连香树“南部”和“北部”支系的分化发生在上新世和更新世交替（1.89 Ma; 95% HPD: 0.36 – 4.15 Ma）。中国及日本北部的连香树在冰河期发生了大面积的向南退缩现象。相反，连香树分布在中国及日本的南部支系在更新世的末期（0.24Ma; 95%置HPD: 0.07 – 0.59Ma)发生了扩张现象。叶绿体基因序列与核DNA的ITS以及SSR在谱系结构分化、系统发育树的拓扑结构上的不一致，表明了两个种在历史上曾发生了不对称的基因杂交渐渗事件，这一事件可能有利于连香树在间冰期（冰后期）进一步向日本北部扩张。研究的结果挑战了长期以来形成的观点，即“第三纪孑遗植物在东亚具有稳定的进化与种群动态历史”。该论文被选为亮点论文，在同一期进行了评注。本研究所揭示的连香树居群遗传多样性和遗传结构，对连香树居群的保护具有重要的指导作用，同时，有助于理解新第三纪气候变化对东亚温带植物进化历史和分布的影响。