基于景观基因组学的山茱萸遗传分化与环境适应性研究

Adaptation to the changing environment is essential for species to survive in the context of global change. The investigation into genetic basis of adaptation will contribute to our understanding of species’ adaptive ability and ensure the long-term survival of species. This project will focus on the traditional medicinal woody plant Cornus officinalis, with the purpose to discuss the genetic differentiation and environmental adaptation of C. officinalis from the perspective of landscape genomics. The genome-wide SNPs based on RAD-seq will be used to assess the genetic diversity and genetic structure of the natural populations in the core area of C. officinalis, to test the relative contribution of geographic distances and environmental heterogeneity in shaping the genetic differentiation among populations, and to identify specific genetic loci potentially involved in adaptation processes and describe environmental drivers of their divergence. This project will contribute to our understanding of the ecological and evolutionary processes of adaptation, provide valuable basis of the adaptive potential for C. officinalis to cope with future environmental change, promote the effective management and protection for C. officinalis, and provide new insights into sustainable utilization of medicinal plants.

在全球变化背景下，物种适应环境变化的能力对维持其生存极为重要。研究物种环境适应性的遗传基础，可加深对物种适应环境能力的理解，保证物种的长期生存。本项目拟以传统药用木本植物山茱萸（Cornus officinalis）为研究对象，从景观基因组学角度探讨山茱萸的遗传分化和环境适应性。基于RAD-seq技术得到的全基因组范围的SNPs位点，评估山茱萸核心分布区自然居群的遗传多样性和遗传结构，检验地理距离和环境异质性塑造山茱萸空间遗传分化的相对贡献，鉴别与环境相关的适应性遗传位点，确定导致这些位点分化的环境驱动力。该研究将有助于阐明山茱萸适应环境的生态进化过程，为评估山茱萸应对环境变化的适应性潜力奠定基础，促进山茱萸资源的有效管理与保护，为环境变化下药用植物资源的可持续利用研究提供新视角。

在全球变化背景下，物种适应环境变化的能力对维持其生存极为重要。研究物种环境适应性的遗传基础，可加深对物种适应环境能力的理解，保证物种的长期生存。本项目以传统药用植物山茱萸(Cornus officinalis)为研究对象，对国内主要分布区陕西、河南、安徽和浙江的22个山茱萸居群进行简化基因组测序，同时对17个山茱萸居群的果实进行形态性状和药效成分含量测定。研究结果表明，22个山茱萸居群基于ADMIXTURE分析可分为3组，即陕西组、河南组和浙江组，与地理分布较为一致；遗传多样性分析结果表明，河南组的遗传多样性水平最高，其次为浙江组，陕西组遗传多样性水平最低。Mantel test结果表明，山茱萸遗传分化与地理/环境距离极显著相关，环境距离与地理距离极显著相关。梯度森林分析结果表明，降水量季节性变化(bio15)在60mm，年均降水量(bio12)在1200mm，温度季节性变化(bio04)在8.2℃附近时，山茱萸居群等位基因频率变化最大。在不同时期和不同气候情景中，秦岭、伏牛山区和天目山区山茱萸居群的遗传脆弱性最低，而高排放情景(SSP585)会造成山茱萸遗传脆弱性增加。基于山茱萸果实形态性状和药效成分含量的分析表明，17个山茱萸居群形成3个分支，浙江的居群聚为一支，陕西丹凤YR居群单独为一支，河南居群和陕西其它居群聚为一支，不同分支间果实形态性状及药效成分含量具有特征性差异。研究结果基本厘清了国内主要分布区山茱萸遗传资源状况，揭示了影响山茱萸遗传分化的环境因素，探讨了山茱萸响应环境变化的进化潜力，可促进山茱萸种质资源的有效保护和可持续利用。