基于形态学与RAD-seq技术研究狭叶锦鸡儿的群体适应性进化机制
批准号：
32100307
项目类别：
青年科学基金项目（C类）
资助金额：
30.0 万元
负责人：
张雪
依托单位：
学科分类：
植物资源保护与利用
结题年份：
2024
批准年份：
2021
项目状态：
已结题
项目参与者：
张雪
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
植物如何适应复杂多变的自然环境一直是生物学家关注的焦点问题之一。锦鸡儿属植物因具有极强的环境适应能力，被认为是研究亚洲干旱、半干旱地区生物多样性形成与适应性分化的一个关键分类单元。狭叶锦鸡儿作为锦鸡儿属旱生代表种之一，其分布区内生境与植被类型多样化，是进行锦鸡儿属植物群体历史演化与生态适应机制研究的理想物种。尽管目前关于该物种适应性演化的形态学证据已有少量报道，但人们对其遗传规律及机制仍知之甚少。鉴于此，本项目以狭叶锦鸡儿为研究对象，拟通过对其形态学与群体基因组学的综合研究，阐明其不同地理居群间表型性状的变异特征及变异趋势，阐明其群体遗传变异、遗传结构以及历史演化动态与分布格局成因，深入解析其生态适应性形成的分子遗传学机制，提出该物种可持续开发与利用的有效方案与措施，同时也为我国干旱、半干旱地区生物多样性保护与利用提供参考依据。
英文摘要
How to survive and adapt to the complex natural environment for plants has always been a core issue to biologists. With strong adaptability to the environment, Caragana plays an important role in biodiversity formation and adaptive differentiation of Asia arid and semi-arid regions. Among them, Caragana stenophylla Pojark., a widespread species with diverse habitat and vegetation types in distribution area, is regarded as a promising species to study evolutionary divergence and ecological adaptation for Caragana. Although some morphological study of this species has been reported, the genetic mechanism of adaptive evolution is not yet elucidated. Therefore, this program is to take up a systematic and comprehensive study on morphology and population genomics of the C. stenophylla. Based on a series of experimental comparison and analysis, the variation characteristic and trend of differentiated phenotypic characters between populations will be elucidated, and the population genetic variation, genetic structure and historical evolution dynamic will be expounded. Furthermore, some effective strategies and measures for sustainable development and utilization of this species will be proposed. This program will also provide meaningful reference for biodiversity conservation and utilization in arid and semi-arid areas of China.
植物如何适应复杂多变的自然环境一直是生物学家关注的焦点问题之一。狭叶锦鸡儿是进行锦鸡儿属植物群体历史演化与生态适应机制研究的理想物种。本项目以狭叶锦鸡儿为研究对象，通过对其形态学与群体基因组学的综合研究，阐明其不同地理居群间表型性状的变异特征及变异趋势，解析其群体遗传变异、遗传结构以及历史演化动态与分布格局成因。 结果表明：（1）不同居群狭叶锦鸡儿功能性状及化学计量特征变异较高，其中叶功能性状的变异系数介于0.75%-46.20%，根功能性状的变异系数介于3.33%-48.10%，化学计量特征的变异系数介于5.90%-38.80%。（2）不同居群狭叶锦鸡儿功能性状及化学计量特征与环境因子之间存在显著相关性。其中土壤EC值对叶片功能性状和化学计量特征的解释度最大，为二者特征变化的主要驱动因素。植物LCC、SRL以及叶片N含量、C:P、N:P与土壤EC极显著负相关， LNC以及叶片C含量、C:N、P含量与土壤EC表现为极显著正相关。（3）简化基因组测序所获得的高质量clean data介于2,146,863,854~3,260,711,627bp，样本标签总数大于150万个，总标签长度超过4×108bp，平均准确率指标Q20%达到98.03%，Q30%达到 94.01%，GC含量达到40.10％。狭叶锦鸡儿基因组杂合度较高，共检测SNP位点5,524,537个，以G/A 所占比例最高 (21.45%)。（4）狭叶锦鸡儿群体间遗传结构明显。当K= 2时，居群ABGQ、SNTY、SNTZ、XLHT、SZWQ和HLBE归为一类；居群ALS、ZW、QPJ、LS、HLS、ETKQ、HJQ归为一类；当 K =4时，ABGQ、SNTY、XLHT和部分SNTZ居群内个体聚为一支，ETKQ、QPJ、HJQ聚为一支，ALS、LS、ZW、HLS聚为一支，剩下的居群SZWQ和HLBE以及部分SNTZ居群内个体聚为一支。（5）MaxEnt模型显示狭叶锦鸡儿分布范围发生过历史收缩现象，同时，其在未来（2050和2070）的分布范围将逐渐北移。
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