白桦种群的亲缘地理学及其迁移扩散规律的研究

This project aims to use the theory and method of ecology and phlogeography, using molecular markers, namely DNA sequencing of chloroplast and nuclear microsatellite markers to study the population genetic diversity and genetic relationship among populations of betula platyphylla which distribute on the land of southwest, northwest, north and northeast of China and Mongolia, the Far East region of Russia and Japan, as well as to find out if the plant species which distribute from subtropical to cold temperate zone has any refugium during the last glacial period and whether the species has experienced rapid migration and recolonization from the south to the north in the interglacial periods. On this basis, we try to explain the distribution pattern and the mechanism to maintain the genetic diversity of the species. This research will help us to understand the formation of communities and the mechanism to maintain the genetic diversity of temperate plant communities in East Asia, will provide important theoretical reference for conservation biology and has important significance for investigating the response of biological group to geological events and climate change.

本项目拟运用生态学，亲缘地理学的理论与方法，利用分子标记的手段，即叶绿体DNA片段测序和核微卫星标记两种方法，对分布于中国西南、西北、华北和东北地区，以及蒙古国、俄罗斯远东地区与日本的白桦种群，在其整个分布区内，研究该种群的遗传多样性、种群间的亲缘关系以及探讨这一从亚热带一直分布到寒温带的植物种群，在末次冰期时，是否有避难所？在间冰期时，该物种是否经历了从南到北的快速迁移扩散，并在此基础上，解释该种群现有的空间分布格局及遗传多样性的维持机制。该研究将有助于人们对东亚地区温带植物群落的形成、遗传多样性维持机制的理解，为保护生物学提供重要的理论依据，并对探讨生物类群对地质事件和气候变迁的响应有重要意义。

本研究运用亲缘地理学和生态位模型的理论和方法，利用微卫星分子标记，在白桦种群的整个分布区内，分析其遗传结构和遗传多样性格局，推断这一从亚热带一直分布到寒温带的植物种在末次冰期时避难所的位置，重建白桦的历史迁移扩散路径，预测并比较白桦在不同历史气候条件下的潜在分布，进而推测冰期和冰期后气候条件对广泛分布树种的影响。研究结果表明，白桦作为在东亚广泛分布的温带树种，末次冰期时没有经历大规模的南迁，在东亚北方地区和南方地区均有多个避难所，推测避难区域为：北方位于新疆阿勒泰山、东北、华北地区以及俄罗斯远东地区，在南方则位于青藏高原东侧的祁连山、横断山脉附近。白桦在冰期后经历了多个方向的扩散，并形成了一些二次接触区，造成了当代独特的遗传多样性和遗传结构格局，即随纬度升高的遗传多样性和渐变的遗传结构。不同气候时期下，北方的种群表现出一定程度的分布区变动，而南方的种群则稳定的分布于西南部的高山地带。本研究对了解广泛分布树种在南北方不同的避难体系、解释东亚地区温带植物群落的形成及树木多样性的起源和维持机制具有重要意义，为保护生物学提供重要的理论依据，并为探讨生物类群对地质事件和气候变迁的响应提供新思路。