两种青藏高原特有龙胆属植物的物种分化与种间杂交研究

As the highest and youngest plateau in the world, the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) is one of the biodiversity hotspots. Genus Gentiana L. widely distributes at the mountain ranges in temperate regions around the world and forms the distribution centre and differentiation center in Sino-Himalaya region. Therefore, understanding the species divergence of Gentiana could give a new sight on the speciation of plants in the QTP. However, the species differentiation of Gentiana in the QTP is still unclear. Here, we study the species differentiation of G. veitchiorum and G. lawrencei, which are endemic to the QTP, with combined molecular marks including multiple chloroplast genes, single-copy nuclear genes and microsatellites. For the two species, the genetic diversity, phylogenetics, genetic differentiation, history of population divergence, divergence time and gene flow will be analyzed in this project. Based on these analysis, we attend to clarify how genetic patterns of the two species nowadays were formed and examine whether does the hybridization between the two species occur in natural conditions. What's more, we aim to explore the history and reason of the species divergence between G. veitchiorum and G. lawrencei. Our results will be useful for the QTP plant speciation study, and for conservation and development of Gentiana resources as well.

青藏高原是世界上最高、最年轻的高原，是全球生物多样性热点地区之一。龙胆属虽广泛分布在全世界温带地区的高山地带，但以中国-喜马拉雅地区为分布中心和分化中心。因此，了解龙胆属的物种分化对青藏高原地区的物种形成研究具有重要的参考价值，但目前该地区龙胆属植物的物种分化过程尚不清楚。本项目以青藏高原特有的两种龙胆属植物—蓝玉簪龙胆和湖边龙胆为研究对象，联合叶绿体基因、单拷贝核基因和核基因组SSR，通过分析两种龙胆的遗传多样性、谱系关系、遗传分化、种群分化历史、分化时间和种间基因流等，阐明两者现今遗传格局的形成原因，揭示两者在物种分化后有无种间杂交，探讨两个种的物种分化历史与原因。研究结果将为青藏高原地区植物的物种分化研究提供参考，并为龙胆资源的保护与开发奠定理论基础。

青藏高原地区物种丰富，是全世界特有种密度最高，也是物种多样性最高的热点地区之一。龙胆（Gentiana L.）广泛分布在全世界温带地区的高山地带，在中国-喜马拉雅地区形成分布中心和分化中心，但在该地区的物种形成原因并不清楚。本项目通过叶绿体片段和核微卫星分子标记开发，对青藏高原两种特有龙胆属植物——湖边龙胆（G. lawrencei）和蓝玉簪龙胆（G. veitchiorum）进行群体遗传学研究，为更好地理解青藏高原地区的物种分化和杂交提供新的数据。本项目取得的主要研究结果如下：.（1）通过磁珠富集和高通量测序在湖边龙胆中得到6381个微卫星位点，经在湖边龙胆和蓝玉簪龙胆群体中验证，得到多态性引物20对。通过叶绿体全基因组比较分析，在龙胆属、多枝组和华丽系与轮叶系中各鉴定出多态性位点5个，同时发现包含密叶系的多枝组不是单系群。.（2）通过一个叶绿体片段和12个微卫星位点，对湖边龙胆进行群体遗传学研究。叶绿体片段数据表明湖边龙胆在青藏高原东南边缘和高原台面的玉树-囊谦地区存在两个独立的冰期避难所。叶绿体数据和核微卫星数据均表明湖边龙胆存在两个遗传支系，分别位于分布区的西北部和东南部。ABC模型分析表明西北支系是由更古老的东南支系分化而来。这些结果说明湖边龙胆现有的两个支系的遗传结构是从两个避难所扩张后形成的，第四纪气候波动可能是其遗传分化的主要驱动力。.（3）利用上述研究中采用的分子标记，对蓝玉簪龙胆进行群体遗传学研究。结果表明，蓝玉簪龙胆具有与湖边龙胆相似的遗传结构，与其共享两个冰期避难所，并且也存在西北和东南两个遗传支系。蓝玉簪龙胆和湖边龙胆的叶绿体单倍型高度共享，但核微卫星数据则能很好的区分两个物种，且物种内的基因流大于物种间的基因流。结合分子钟模型，以上结果表明蓝玉簪龙胆和湖边龙胆是近期快速分化类群。物种分布模型、贝叶斯聚类分析、DAPC分析和ABC模型进一步表明，湖边龙胆的西北支系起源于湖边龙胆和蓝玉簪龙胆间的杂交；且杂交发生在高原台面的避难所内，而不是扩散中发生的二次接触。