资源植物四倍体物种小大黄的进化历史研究
批准号:
32070355
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王爱兰
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:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王爱兰
中文摘要
重要资源植物大黄属既有二倍体也有四倍体物种。申请者已有的分子证据表明四倍体物种小大黄同一基因位点克隆序列分别聚集在两个不同的进化分支上,可能是一个异源多倍体物种。但是该物种的起源和进化历史仍然不清楚,如:该物种什么时候发生的多倍化?它是大黄属两大分支现有二倍体物种共同祖先、通过杂交异源多倍化产生的,还是两支现有二倍体物种起源后再杂交产生的多倍化物种?本项目拟选择该小大黄多个代表性居群和两大支6个二倍体物种为研究对象,利用转录组学系统发育、基因组原位杂交、群体遗传学等证据,结合生态位模拟,全面探究该四倍体物种的基因组来源(父母本)、多倍化起源时间、母系起源次数以及物种对过去气候变化响应的群体扩张历史等科学问题。研究结果对于理解青藏高原高山植物的进化历史和多倍化物种形成机制具有重要启发意义,为有效利用这些资源植物提供基础。
英文摘要
Multiple radiations may together have leaded to the production of the current diploid and tetraploid resource species of the genus Rheum. The available molecular data suggested that the tetraploid Rheum pumilum might have arisen from allopolyploidization because the gene sequences from the same loci clustered into two different clades with other species. However, numerous key questions related to the evolutionary history of this species remained unclear, including polyploidization times and the diploid ancestors. In this study, we aimed to select representative populations of this species and six diploid species. We will use GISH and transcriptome phylogeny to determine its polyploidization time and construct phylogenetic relationships of the duplicated genes and orthologous genes from diploid species. We will collect population genetic data from chloroplast DNAs and nuclear loci and use phylogeographic and population genetic methods to analyze these datasets. We will combine all of these newly obtained data to clarify polyploidization time, ancestors, origin times and demographic response to the past climatic changes of this species. Our results will be highly useful for understanding speciation history of the polyploid species as an important resource plant.
大黄属植物在青藏高原经历了多次辐射式物种分化,形成了现存二倍体与四倍体物种。前期研究表明四倍体小大黄可能为异源多倍体,但其起源与进化机制尚不明确。本研究综合运用细胞学、转录组学及群体遗传学方法,解析了小大黄的起源方式、多倍化时间、亲本来源及群体历史动态。研究结果显示:1)小大黄具有复杂的进化过程,可能涉及同源多倍化与异源杂交,窄叶大黄和掌叶大黄可能作为亲本参与了二倍体小大黄的起源,而疏枝大黄可能作为母本参与了四倍体小大黄的杂交起源;2)分子钟估算显示,小大黄祖先分化于11百万年前(Ma),并于中新世晚期(7.09Ma和6.82Ma)分化为两大谱系,对应青藏高原阶段性隆升及亚洲季风期;3)群体遗传分析揭示其遗传多样性较高,呈现典型的地理隔离模式与“高山岛屿”分布特征,第四纪冰期存在高原台面及边缘的微型避难所,但未检测到近期快速扩张;4)生态位模型表明其分布动态符合“替代避难所”假说,对湿度、温度及海拔高度敏感;5)基因重复分析检测到两次关键事件:大约76.68Ma的蓼科祖先基因组重复事件与4.88Ma的小大黄多倍化事件,后者与高原加速隆升及东亚季风气候剧变期同步,暗示高原隆升-气候协同作用驱动了多倍化进程。本研究揭示了小大黄复杂的起源机制,表明高原隆升、季风以及冰期气候所导致的生境异质化和地理隔离协同作用,促进了多倍体物种的形成。这一结果为解析青藏高原植物“地质-气候-生物”协同演化机制以及多倍化机制提供了重要的范例,并对高原生物多样性的保护具有重要的指导意义。
大黄属低拷贝核基因的系统发育重建和物种分化研究
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批准号:31000104
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:19.0万元
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批准年份:2010
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负责人:王爱兰
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依托单位:
国内基金
海外基金