黄杞的地理分布格局及其对气候变化的响应机制研究

Geographic distribution patterns of plants are the response of plants to the environmental change, which imprinted the process of the geological events and climatic changes that associated with the formation of geographic distribution, which are research hotspots for biogeography and evolutionary biology for many years. Yet how the formation of the geographic distribution pattern of plants in southern and southwestern China to Indochina peninsula in response to climatic change remains largely unknown. This project will examine the effects in climatic change to plants geographic distribution of this region. Engelhardia roxburghiana is distributed over this region (especially the Indochina peninsula, one of the most important biodiversity hotspots) with abundant and wide range fossil records. This research proposal will aim to phylogeography of E. roxburghiana to test the response of E. roxburghiana to climatic changes. The natural populations will be collected and be genotyped using DNA regions and nSSR loci to assess population structure and diversity, supplemented by molecular dating with reliable fossil record, and ecological niche models of the species distributions during the Last Glacial Maximum and the present; together with the relative evidence from geology and palaeoclimate. The aims at this project are: (1) to reconstruct the response mechanism of geographic distribution pattern of E. roxburghiana to climatic changes; and (2) to illuminate whether there were refugia for E. roxburghiana in the shifts of the geographic distribution. This project will provide a basis for how the geographic distribution of tropical plants evolved as the climate changed.

植物的地理分布格局是植物进化对环境演变做出生物响应的结果，同时反映了地理分布区相关地质历史和气候变化的过程，一直是生物地理和进化生物学研究的热点问题。为探讨中国西南、华南—中南半岛地区植物地理分布格局的形成原因以及空间分子机制对气候变化的响应，本项目以化石记录丰富而广泛、经历了众多地质历史事件和环境变迁、地理分布覆盖中南半岛(当今生物多样性最丰富地区之一)的黄杞植物为例开展谱系地理学研究。通过遗传结构确定谱系地理空间结构；利用可信的化石记录作为时间校正点校正分子钟，确定黄杞遗传谱系的分化时间；结合物种分布模型、化石分布及相关地质和古气候等多学科证据，在时间与空间尺度上揭示黄杞的地理分布格局对气候变化的响应机制，探讨地理分布格局的成因，分析中南半岛热带植物居群动态演化历史中的避难所，阐明该地区热带生物多样性空间格局形成的历史过程，为探究该地区热带植物地理分布规律的演化提供重要的理论依据。

物种作为生物学研究的基本单元，多样性代表地球上生物种类的丰富程度和生物地理分布模式。但是，如何精确地进行物种界定仍然面临很大的挑战，特别是热带植物缺乏全面调查。黄杞属广泛分布于亚洲热带和亚热带地区，是探究东南亚生物多样性起源和地理分布的理想材料。由于分布纬度跨度大，海洋隔离等，物种问题还没有解决。黄杞和少叶黄杞，广泛分布于热带中南半岛和亚热带中国地区，是探讨该地区生物地理的理想材料。.（1）黄杞属的物种界定.利用五个叶绿体片段（psbA-trnH、trnL-trnF、rps16、trnS-trnG和rpl32-trnL），一个核片段（nrITS）和11个nSSR位点对71个居群716个个体进行物种界定。通过构建系统发育树和720份标本中的25个形态特征进行统计，结合分子数据进一步探索黄杞属植物物种。研究结果表明黄杞属共包含7个种， 1）黄杞、海南黄杞、E. apoensis分类地位不变；2）少叶黄杞重新分离出来；3）云南黄杞、爪哇黄杞、毛叶黄杞以及E. rigida合并为云南黄杞复合群；4）齿叶黄杞作为独立物种存在。单一证据界定物种可能会导致偏差，建议采用多手段整合研究物种界定，添加形态学数据有助于增加物种界定的准确性。为了防止混淆和简化物种界定中的一些问题，运用种下分类单元时，对亚种或变种重新组合或提升分类地位可以实现更准确的物种界定。.（2）黄杞和少叶黄杞的生物地理 .黄杞和少叶黄杞共79个居群884个个体，基于质体基因和核基因序列以及nSSR数据，通过遗传结构、多样性分析、分歧时间估计和祖先区域重建分析，结果发现质体基因和核基因数据之间不一致，反映了热带中南半岛和亚热带中国地区不同的历史生物地理事件。始新世初期，中南半岛中的植被主要是热带成分，随后中新世气温下降，东亚夏季风兴起，热带成分转变为亚热带成分（常绿阔叶林）。本研究支持东亚夏季风始于渐新世—中新世之间，在中新世和上新世之间增强。而物种生态位模拟为保护生物学规划提供了重要依据，亚热带的中国地区过去和将来都是气候避难所，因此，该地区对于保护规划至关重要。