篦子三尖杉种群遗传分化中的气候和环境效应研究

以我国特有濒危植物篦子三尖杉为对象，采用EST-SSR和DNA测序技术，通过多位点筛选分析、层级贝叶斯方法和其整合的广义线性模型等途径，研究自然选择、气候和环境因子以及它们之间的相互作用对种群遗传分化产生的影响。研究内容主要包括：（1）基于EST-SSR检测种群的遗传变异式样，鉴定经受选择作用的EST-SSR位点以及和这些位点紧密关联的基因的功能和类别，探讨选择扫掠和候选基因的功能性变异在种群分化中的作用；（2）分析各气候、环境因子变量分别对种群遗传结构形成产生的效应，分辨出介入种群分化的特定气候或环境因子，并确定这些因子借对哪些EST-SSR位点的定向选择来驱动适应性种群分化；（3）研究候选功能基因的序列变异及其在中群内、种群间的分配，检测单核苷酸多态性（SNP）的梯度变异，鉴别作出局部适应性响应的核苷酸位点。项目的研究结果可为在全球气候变化背景下合理保护篦子三尖杉提供理论依据。

对我国特有濒危植物篦子三尖杉，利用分子标记和DNA测序技术，借助多位点筛选分析、层级贝叶斯途径及其整合的广义线性模型，研究了选择、气候和环境因子对种群遗传分化产生的效应。已经取得以下研究成果：1）成功开发了篦子三尖杉及其相关植物的SSR标记；利用这些标记对种群的遗传变异水平和式样进行了检测，估算出种群遗传变异参数；分析了标记的通用性；2）发现篦子三尖杉维持有较高的遗传多样性，种群间遗传分化程度也较高，基因流水平偏低；3）共鉴定出41个适应性座位，其中8个与年平均气温相关、2个与年平均降雨量相关，这为理解篦子三尖杉种群遗传分化的气候效应提供了新的启示；4）基于叶绿体DNA序列数据，解析了生境异质性、地理障碍和环境变迁对篦子三尖杉种群遗传分化造成的影响；鉴定出19个单倍型，单倍型分成两个同生境和地理分布相关的分支：一为来自云贵高原种群的单倍型，另一为湖北和湖南种群的单倍型；5）篦子三尖杉种群间的遗传距离和地理距离不具显著相关性，种群曾经经历过扩张，推测受限的基因流是决定谱系地理式样形成的关键因素；6）云贵高原种群的起源和青藏高原的快速隆起在时间上吻合；多数种群的分化发生在上新世至早更新世，推测期间发生在云贵高原的强烈地质事件和环境改变促进了种群的快速分化；7）湖南和湖北代表着篦子三尖杉的冰期避难所；8）测定了篦子三尖杉的叶绿体基因组全序列，为开展种群基因组学研究奠定了基础。项目的研究结果发表在Genome Biology and Evolution、BMC Plant Biology、BMC Evolutionary Biology、American Journal of Botany及Biology Direct等SCI国际重要学术刊物，被国内外其他研究组多次引用。