基于群体基因组学的华榛群体进化历史与局域适应机制研究
批准号:
32101541
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:
杨振
依托单位:
学科分类:
森林信息学与森林经理学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨振
中文摘要
华榛是我国特有的古老经济林树种,其起源可追溯至晚第三纪,在长期演化的过程中形成了亚热带中高山间断分布的格局,群体间生境和表型差异显著。受区域环境变化和人为干扰的影响,华榛种群急剧衰退并处于濒危状态。然而,华榛的群体遗传特征仍缺乏系统评价,群体历史动态与环境演变的关系及其对异质环境的适应机制也尚未阐明。本项目拟在全面调查取样的基础上,通过简化基因组测序开展群体基因组学研究。基于全基因组遗传变异,精确解析华榛的群体遗传结构和遗传多样性,阐明其遗传变异分布格局;基于生态位和溯祖模型重建群体进化历史,揭示历史环境演变对华榛谱系分化的影响;以谱系间生态和表型显著分化的群体为材料,通过基因组扫描鉴定与环境适应相关的受选择位点并明确其代谢通路,阐明种群局域适应的遗传机制。研究结果对于深入理解华榛对环境时空变化的遗传响应与适应机制具有重要的科学意义,同时也可为自然资源的保护和遗传改良提供理论依据。
英文摘要
Corylus chinensis Franch. is an ancient economic forest species endemic to China, and its origin can be traced back to the late Tertiary. In the process of long-term evolution, C. chinensis has formed a disjunct distribution pattern in subtropical mountains, with significant differences in habitat and phenotype among populations. Affected by environmental change and human disturbance, populations of C. chinensis have declined sharply and are endangered. However, there is still lack of systematic evaluation on the population genetic characteristics of C. chinensis, and the relationship between its demographic history and environmental change, as well as its adaptation to heterogeneous habitats need to be clarified. Based on extensive sampling, population genomics will be conducted through RAD-seq technology to accurately detect the population structure and genetic diversity, and to clarify the distribution pattern of genetic variations. Then, the demographic history will be inferred using ecological niche and coalescent-based methods to reveal the influence of environmental change on lineage differentiation. Finally, candidate genes and metabolic pathways associated with environmental adaptability will be identified by genome scanning to elucidate the adaptative evolution of heterogeneous populations. The results not only have important scientific significance for understanding the genetic response and adaptation mechanism of C. chinensis to spatiotemporal environmental changes, but also provide a theoretical basis for the protection and genetic improvement of natural resources.
本项目以濒危种华榛及其同域广布川榛-滇榛复合种为对象,通过开展比较和保护基因组学研究,探究了群体历史、近交、有害突变以及基因渐渗等因素对濒危种、广布种遗传多样性和遗传分化的差异作用机制。具体结果如下:1)组装了华榛染色体级别的基因组,结合近缘种间比较基因组学分析在华榛基因组中检测到显著扩张基因家族371个,显著收缩基因家族998个,其中扩张的基因家族与响应损伤、胁迫、防御、次级代谢过程有关,促进了华榛对亚热带高山环境的适应性。2)发现华榛和同域广布川榛-滇榛复合种存在显著分化,但具有一定程度的遗传混合,前者基因组多样性明显低于后者,与其经历更为强烈的群体衰减有关;两者各自分化为西南—北方支系,以华榛西南支系衰减更甚,遗传多样性最低。3)与川榛-滇榛复合种相比,华榛具有更高的近交水平,两者在可耐受突变、同义突变、有害突变、功能缺失突变四种变异类型上具有相当水平的杂合位点,但纯化选择有效缓解了华榛的有害(30.5%)和功能缺失突变(22.2%),使其遗传荷载显著低于川榛-滇榛复合种。4)采用π ratio、FST、XP-CLR三种选择策略在华榛西南谱系中检测到108个受选择区域和474个正选择基因,主要参与细胞壁多糖生物合成、胞间信号传导和蛋白质折叠;在北方谱系中鉴定出188个受选择区域和504个正选择基因,主要参与组织形成、器官形态发生和生物合成等过程,这些选择信号驱动了华榛南北谱系局域适应的形成。5)D统计和f4检验证明基因渐渗在两物种南北谱系间广泛存在,以西南谱系间最强烈,渐渗区占基因组的4.34%,涉及2150个基因;适应性渐渗主要由川榛-滇榛复合种到华榛,以西南谱系间最显著,涉及130个渐渗基因,主要参与次级代谢生物合成过程、响应水分匮缺和发育过程等,其中CYP98A3基因参与了多种次级代谢过程,与适应环境胁迫密切相关。6)利用生态位模拟明确了温度是影响华榛分布格局的关键因素,在未来气候变暖情境下,种群呈扩张趋势,且分布中心向高纬度地区迁移,有利于缓解濒危态势。
榛属近缘种适应性分化及驯化改良的基因组选择机制研究
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批准号:32471886
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2024
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负责人:杨振
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依托单位:
国内基金
海外基金