龙脑香科青梅属不同果实类型传播与适应的生态遗传学研究
批准号:
32060236
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
唐亮
依托单位:
学科分类:
生态学理论与方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
唐亮
中文摘要
龙脑香科是东南亚热带雨林的建群种和优势种,普遍具有萼片特化发育形成的翅果,可能是谱系分化和长距离扩散的关键创新。青梅属果实类型多样,既有2枚萼片显著伸长能够飞行的翅果,也有萼片正常发育果实无翅的类型。不同果实类型的传播能力是否有差别?果实构造变化是否为了适应传播媒介转变?果实传播如何影响种群遗传动态?为探究上述问题,我们选取青梅属果实构造截然不同的两物种,小果有翅的青梅和大果无翅的V. rassak,通过测量果实传播距离和分析小尺度空间遗传结构,研究不同果实类型的扩散能力;采用全基因组重测序获得核与叶绿体两个基因组的单核苷酸多态性,推断种群遗传结构、历史动态与基因流,分析叶绿体的谱系历史,评估种子散布对物种迁移、遗传变异、种群分化和基因流的贡献。对比分析不同果实类型,揭示果实构造和传播对种群遗传的影响。本项目将为理解翅果这一龙脑香科关键创新的进化显著性,以及果实的传播适应提供深入见解。
英文摘要
Species of Dipterocarpaceae constitute the key and dominant elements in Southeast Asian rainforests. The fruits of most dipterocarps are samara with two to five wings being derived from sepals, which is likely to be a key innovation for lineage diversification and long-distance dispersal. Species of Vatica in Dipterocarpaceae have diverse fruit architectures, including samara with two long wings and wingless fruits whose five sepals develop normally without wind dispersal capability. Do the divergent fruit architectures result in different dispersal potential? Is the alteration of fruit architecture related to shifting of dispersal carriers? How different modes of fruit dispersal impact the dynamics of population genetic process? In order to answer the above interesting questions, we selected two species in Vatica with contrasting fruit architectures, one is Vatica mangachapoi with small fruit and two long wings, and the other is V. rassak with large but wingless fruit. We plan to measure fruit dispersal distance, and analyze fine-scale spatial genetic structure to explore the dispersal potential of typical Vatica fruits. Whole genome resequencing will be performed to obtain SNPs from both nuclear and chloroplast genomes, and then population structure, historical demography and gene flow of the two studied species can be inferred. Moreover, the evolutionary history of maternally inherited chloroplast genome could be reconstructed. Based on these analyses, we can evaluate the contribution of seed dispersal to species migration, genetic variation, population divergence and gene flow. Furthermore, through comparative analyses of species with divergent fruit types, we hope to illuminate the impact of fruit architecture and dispersal on population genetic processes. This project should provide deep insights into not only the evolutionary significance of samara as the "key innovation" in Dipterocarpaceae, but also the adaptation of fruit for dispersal purpose.
项目完成了申请书预定的研究内容,实现了预期研究目标。我们测量了海南岛青梅和坡垒翅果的扩散能力。在人工模拟的三种风速(1、3、5m/s)下放飞翅果并测量扩散距离。结果发现坡垒翅果飞行的距离比青梅远,翅载荷计算发现坡垒果实的翅载荷比青梅大,表明翅载荷可以准确预测两物种翅果的扩散能力。为探究果实扩散能力对小尺度空间遗传结构的贡献,比对分析了青梅(果实为翅果)与无翼坡垒(果实为坚果,无翅)的小尺度空间遗传结构,结果发现青梅在15米以上的距离已无明显小尺度空间遗传结构,基因型在空间上呈均匀至随机分布;而无翼坡垒在300米内均表现出强烈的空间遗传结构。显示果实扩散能力对小尺度空间遗传结构有着显著的影响。采用基因组重测序和简化基因组测序研究海南岛三种龙脑香科物种的种群历史动态、遗传分化与谱系历史地理。结果发现三种龙脑香自从末次盛冰期以来均经历了持续的种群规模缩减,间冰期海平面上升与人类干扰可能是其种群规模下降的主要原因。海南岛中南部三亚和甘什岭一带可能是海南岛青梅祖先种群的所在地,由此向西东两个方向分别分化出西部(霸王岭、秦王岭、猴猕岭等)和东部(吊罗山、五指山、石梅湾、黎母山等)种群。青梅绿体谱系树没有明确的地理结构,这与其翅果扩散能力强,能够实现长距离扩散有关。阐明青梅的种群历史对于理解海南岛龙脑香低地雨林的发育历史有重要启示。交配系统与雄性生育力从雌雄两个性别的角度综合研究有性生殖特征。发现青梅不仅异交水平较低(0.299 ~ 0.388),而且反映雄性生育力水平的参数其值也较低(均值=0.064, -2.0051 ~ 3.7482),显示青梅的雄性繁育力亦偏低。青梅种群较低水平的异交率和雄性生育力可能与其花部较小,因此传粉者体型小,飞行能力弱有关,并且较小的开花规模将进一步加剧传粉限制。海南岛位于热带北缘,此地仅三种龙脑香,且花期各不相同,无大规模同步开花现象,可能无法吸引充足的传粉者,进而导致青梅花粉输出和接收均受限。但低频的种群间长距离花粉流产生异交后代能够在一定程度上提升种群的遗传变异。项目研究结果不仅有助于理解海南岛低地雨林群落构建历史及其遗传动态,也对海南热带雨林国家公园重点物种保护有重要指导意义。
南海珊瑚砂极端生境植物橙花破布木和水芫花的濒危机制解析与恢复技术研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:唐亮
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依托单位:
昌化江河谷对海南岛两种特有植物种群分布与基因流的隔离作用
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批准号:41661010
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:38.0万元
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批准年份:2016
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负责人:唐亮
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依托单位:
国内基金
海外基金