半红树植物黄槿的生态与地理格局及其适应性分化的基因组学机制

生物适应性分化的遗传基础是进化生物学和生态地理学的基本问题之一。本研究拟采用新一代基因组测序技术（Solexa），大规模比较研究不同生态（潮间带和内陆）和地理（印度洋－西太平洋地区）分布的半红树植物黄槿的群体遗传结构。在多重地理和环境尺度下评估各种进化力量的相对作用，揭示生态因子与种群适应性分化间的相关性；理解生物地理历史事件对黄槿种群进化过程的影响；检测不同生境黄槿种群间的核苷酸变异模式。从基因组水平全面、系统研究黄槿适应性分化的遗传基础和适应海岸潮间带极端生境的模式与机制，深入探讨环境胁迫和地理隔离在红树植物发生和演化上的作用及意义。为保护、管理和可持续利用这一宝贵的海岸带木本植物遗传资源提供有意义的实例和重要理论依据。

本研究已完成研究计划的内容，并获得了预期的成果。在研究内容方面，已经完成了印度-西太平洋地区黄槿的采样和实验工作；利用基因芯片技术检测了半红树植物黄槿与真红树植物角果木根的时序表达谱；利用SSAP技术比较了异质性生境下黄槿的遗传多样性和遗传结构；利用新一代高通量测序技术测定和分析了黄槿等多种红树植物的南-北群体各80余个核基因的序列；测定了黄槿等红树植物的转录组，并对这些非模式生物进行了de novo的拼接及后续分析。在开展自然选择下黄槿的适应性进化研究基础之上，同时对人工选择下栽培植物水稻的物种分化进行了深入研究。研究结果表明：半红树植物黄槿在盐胁迫下转录组变化模式类似于甜土植物拟南芥，而真红树植物角果木转录组表现出更强的稳定性，推断这可能与其在真红树植物长期适应不稳定的海岸潮间带环境过程中的渠限化相关；进一步的比较分析筛选了一批可能与盐适应性有关的候选基因；黄槿的海生种群与陆生种群相比，有较高的遗传多样性和较低的遗传分化，并且同一地点海陆种群间的遗传分化远大于不同地点间同种生境种群的遗传分化，表明自然选择在其中发挥了重要作用；群体基因组学研究表明红树植物均具有极低的群体内遗传多态性，但大多数基因在区域间的遗传分化很高。转录组序列为非模式红树植物研究提供了大量的基因组资源，为进一步研究植物对高盐环境的适应奠定了基础。这些结果为保护、管理和可持续利用这一宝贵的海岸带木本植物遗传资源提供有意义的实例和重要理论依据。对水稻的研究发现从全基因组水平看籼、粳稻为独立起源，但在基因组低变区与栽培驯化相关基因却为单次起源，这是人工选择后亚种间渗透的结果，从基因组水平为解决长期以来关于栽培稻起源的争论提供了重要证据。本项目共发表SCI论文18篇，包括PLoS One，Australian Journal of Botany，Marine Genomics，Mol Biol Evol和PLoS Genetics等。申请人于2011年获得国家自然科学二等奖（第一获奖人）。另外，申请人参加了“2010年国际热带生物学与保护会议”和SMBE2011年会等国内外重要学术会议。