濒危植物金钱松核苷酸多样性与适宜分布区研究

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中国亚热带作为生物多样性热点地区,保留了很多第三纪孑遗植物。但是,随着全球气候变暖和人类活动影响,使得一些古老珍稀植物的生存遭受到很大威胁,甚至走向灭绝,因此揭示濒危植物的遗传多样性和适宜生境对于其保护显得尤为重要。本文以中国亚热带特有濒危裸子植物金钱松(Pseudolarix amabilis,Pinaceae)为研究对象,运用10个低拷贝核基因对其核苷酸多样性进行分析,同时通过生态位模拟的方法对其潜在适宜分布区进行研究,得出以下结论:(1)金钱松自然群体和引种栽培群体的核苷酸多样性分析。本文针对9个自然群体和14个引种栽培群体(5个疑似)分别进行核苷酸多样性分析。结果表明金钱松遗传多样性较低(π=0.00308,θw=0.00456,Hd=0.4075,H_E=0.032;π(s)=0.00343,θ(s)=0.00328);栽培群体(π=0.00169,Hd=0.2720,Ae=1.245,H_E=0.03,Shannon’s指数为0.23)与自然群体(π=0.0018,Hd=0.2617,Ae=1.271,H_E=0.04,Shannon’s指数为0.258)遗传多样性相当且遗传分化不明显,说明栽培群体有效保存了自然群体的遗传多样性;多数引种栽培群体都具有安徽黄山双联村(SLC)群体的基因型。因此,双联村群体可能是多数引种栽培群体的基因库。PCA和Structure分析表明金钱松自然群体可聚为四组遗传成分不同的类群,分别为西部两个独立的群体(ZRF、QPZ)、中部SLC群体和东部群体(第四组);东部群体具有较高的遗传多样性,尤其是天目山(TMS)和清凉峰(QLF)两个群体;AMOVA结果显示四组类群具有显著的遗传分化(Fst=0.5045*)。失配分析表明金钱松东部群体经历过快速的种群扩张事件。IBD分析表明种群间的遗传分化与地理隔离有关;气候变量PCA分析表明,金钱松群体对局部环境表现出了适应性,而这种适应性可能维持和加强了东西群体间的遗传分化。(2)基于生态位模拟的潜在适宜分布区研究采用生态位模拟对金钱松五个时期(末次间冰期、末次盛冰期、中全新世、现在和未来)的适宜分布区进行了研究。结果表明:影响金钱松分布的主要气候因子是最干季度降水bio17和最干月份降水bio14,昼夜温差bio2是影响多个时期的关键温度因子,年均温影响了现在和未来时期的分布。过去至未来金钱松的核心分布区比较稳定,主要分布在浙江、安徽、江西、湖南等山地;金钱松的分布区呈现出东西间断,西部的适生区在不同地质历史时期变化较大,而东部适生区比较稳定。末次盛冰期金钱松分布连续,呈现出冰期分布区扩张,冰后期收缩的格局。未来气候变暖将导致金钱松适宜分布区大幅减小,该物种往高海拔山地收缩,适宜该物种生存的生境面临考验。针对气候变暖,应保证金钱松的核心分布区不受破坏,并进行定点保护。本研究结果表明,金钱松不同时期存在东西两个适生区,推测金钱松存在两个主要的冰期避难所:东部的皖南山区和浙江天目山,西部的衡山和铜鼓大龙山避难所;西部群体的适宜分布区受气候变化影响较大,适宜分布区面积较小,生境片段化现象严重,造成群体间比较孤立,加上山脉阻隔,因此群体间遗传分化较大,群体内遗传多样性较低;东部的适宜分布区比较稳定,受气候变化影响较小,有利于群体之间的交流传播,因此各群体之间遗传分化程度较低,群体内遗传多样性较高。本研究详细阐明了金钱松的群体遗传多样性和遗传结构,模拟了五个地质历史的潜在分布区,进一步确认了这一物种的核心分布区、遗传多样性中心和冰期避难所,为这一珍稀古老植物的保护提供了重要理论依据,同时也为中国亚热带孑遗裸子植物的遗传多样性保护和历史分布区变迁研究提供借鉴。
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