鼎湖山锥栗种群的适应机制和表观遗传变异格局研究

The genetic structure and adaptive evolutionary of botanical populations are regulated by the adaptability of various genotypes within populations and the environments in which individuals being. In order to explore the mechanism of population formation and laws of adaptive evolutionary of population, we need study the adaptive reactive models of various major genotypes based on our full understanding on the genetic structure of populations. In order to eliminate the state of fragmentation between study on genetic diversity and physiological adaptability, in this project, we select Castanopsis chinensis population in Dinghu 20 ha plot as experimental material. Based on our study on the genetic diversity model of C. chinensis populations using SSR markers, we divided all individuals into different genotypes. We will select the typical plants from various genotype sets, and transplant them into three kinds of common gardens. Then we compare the transcriptome differences among different genotypes in all of three kinds of habitats. After integrating with the results from the study on C. chinensis populations using methylation sensitive amplified polymorphism (MSAP) analysis, we analyze the relationship among genetic distance, environmental variation and reactive model of various genotype individuals to environmental variation, and compare the relationship among environment, genotype and variation of functional adaption among various genotypes. We try to explore dynamic of genetic diversity model and adaptive evolution of C. chinensis population in Dinghu 20 ha plot, and provide clues to all understand the mechanism of population formation and adaptive evolution.

植物种群的遗传组成和适应性进化、受环境和种群中各种基因型类群适应能力的调节。因此，只有在充分了解种群遗传组成的基础上，通过对种群内各种主要基因型适应行为特征进行研究，才能实现从机理上解释植物种群结构的形成和适应性进化规律。为改变植物种群遗传多样性和生理适应性割裂研究的现状，本项目以南亚热带鼎湖山20 ha大样地内群落建群种锥栗（Castanopsis chinensis）为研究材料，在应用SSR对群落内个体进行了基因分型的基础上，选择不同基因型的代表植株通过同质园实验，比较它们在三种不同生境下的转录组差异；同时结合甲基敏感扩增片段多态性（MSAP）对群落分析的结果，弄清种内不同基因型间适应性特征与遗传差异，基因型分布特征之间的关系，比较每种基因型功能适应性变异与环境以及本身基因型的联系，揭示锥栗遗传组成和适应性进化的规律，为深入理解种群形成和适应性进化机制提供依据。

通过测定锥的基因组大小，选择最佳样品保存方式等措施，为锥甲基化修饰研究提供了遗传背景及实验技术指导。也为野外进行植物种群的表观遗传实验研究时，样品采集和保存规范化操作流程提供了理论指导。环境和空间因子对鼎湖山锥种群不同演替阶段甲基化水平变异的影响，揭示了锥生态环境的适应机制，以及不同演替阶段的适应策略。分析锥种群在不同演替阶段（成熟林、过熟林）的DNA甲基化模式变异与环境和空间因子的关系，找到影响甲基化的主要环境因子。研究结果如下：.（1）锥基因组大小大约为水稻的两倍。.（2）保存方式对表观遗传分析结果有一定的影响，短时间密封袋密封保存最适宜锥栗F-MSAP研究。.（3）不同演替阶段锥甲基化水平对环境和空间的响应有差异，不同模式甲基化对环境和空间的响应无差异。两林分中，土壤对成熟林（27.8%）锥栗种群DNA甲基化水平变异的解释大于过熟林（23.9%），空间因子对成熟林（51.8%）甲基化水平变异的影响比过熟林（19.8%）显著，这与种群的自疏过程和表观遗传变异空间自相关性有关。.（4）众多环境因子都会影响锥栗的DNA甲基化水平，在不同林分中响应不同，体现出种群在不同演替阶段适应方式不同.（5）环境和空间因子对甲基化位点变异的解释和响应与甲基化水平的解释基本一致，影响两林份甲基化位点变异的环境因子有差异，尤其是有效磷。土壤对两林分甲基化位点变异的解释分别为8.49%，15.91%，地理距离对成熟林的解释率11.5%；成熟林中显著的因子有：土壤容重、总磷、有效磷、凹凸度、平均海拔；过熟林的显著因子：有效钾，有效磷、平均海拔。.（6）高通量测序获得了8375个SNP位点， GO注释得到了抗氧化、细胞过程、细胞膜等46个相关分类。. 综上，锥种群的表观遗传变异是对环境变化的适应途径之一。甲基化水平和位点变异受到土壤、地形、空间等因子的影响，在群落演替不同阶段表现出不同的适应。