外来红树植物无瓣海桑入侵潜能的分子遗传学基础

生物入侵是当前最棘手的全球环境问题之一。入侵种的适应性进化和入侵机制的遗传学基础是一个具有挑战意义的项目和研究方向，其中入侵种入侵初始阶段所普遍经历的迟滞期（lag phase）在分子层面上所发生的遗传改变是入侵生物学最感兴趣的问题之一。本研究以外来红树植物无瓣海桑为研究对象，采用第二代高通量测序技术（Solexa），大规模系统比较该物种入侵地中国种群与原产地孟加拉国种群基于多基因位点遗传空间模式上的异同；探索在入侵过程中，尤其是该物种所处的入侵初始阶段在种群水平发生改变的基因，并探讨这些基因与植物入侵生物学特性的相关性；了解遗传差异与入侵效应的关系；从分子水平评估无瓣海桑的入侵潜能；揭示种群水平无瓣海桑适应性变异的意义；为从基因组水平上理解生物入侵和相互间作用的本质以及进化的机制提供理论依据；并将对有害生物的防治，维护海岸滩涂生态环境的平衡、合理利用与管理红树植物资源等研究提供重要参考。

无瓣海桑是红树林优良乔木树种，天然分布于印度、孟加拉和斯里兰卡等国，1985年从孟加拉国Sunderban地区引进到我国海南岛试种成功，随后在华南沿海广泛引种并表现出良好的环境适应性。但随着引种面积的迅速扩大，无瓣海桑是否会造成生态入侵等问题已引起较大争论。本研究利用了第二代高通量测序技术对分布在孟加拉国Sunderban地区的无瓣海桑三个群体和中国沿海五个群体中随机选取的40个基因的混合PCR产物进行了测序，比较了原产地和引入地无瓣海桑群体遗传多态性的变化，在分子水平上对其入侵潜力进行了探讨。研究结果表明，引入地群体相对于原产地群体丢失了大部分低频的SNP，却保留了大部分的中高频SNP。基于遗传瓶颈模型的计算机模拟结果显示，引入地无瓣海桑的有效群体大小相对于原产地显著减小，受到了很强的遗传瓶颈效应的影响，而且在引入地群体中并未检测到多次引种混合或近缘种遗传渐渗的证据，这与历史上的引种记录相符合。此外，我们对最初引种到东寨港并保存至今的第一代无瓣海桑6株个体进行的研究发现，这些个体具有极高的遗传杂合度。进一步的研究表明引入地所有群体中并未检测到异于原产地群体的高频单倍型或SNP。这些结果显示，中国的无瓣海桑群体的遗传多态性水平虽然相对于原产地群体有所降低，但在引种后将近30年的时间里，其多态性水平及其遗传频谱特征一直处于较稳定的状态，在群体遗传水平上并没有发生群体扩张或缩减的现象，这除了无瓣海桑由于属于长世代的乔木所导致的相对引种时间较短的原因外，还与最初的建群者个体的高度杂合性以及大面积的人工种植有关。本研究的结果表明了现阶段的中国无瓣海桑群体仍处于种群遗传瓶颈时期。随着引种时间的增长，中国无瓣海桑群体在群体遗传特征上依然存在变化的可能性，因此对其遗传动态进行长期的生态监控也仍然是必要的。此外，采用同样的研究技术和方法，我们有目的地对另外两种入侵植物（薇甘菊和互花米草）进行了转录组测序，分别对两者在群体水平上的遗传特征进行了探讨并对分子遗传标记进行了开发；除此之外，我们进一步开展了多种红树植物及其陆生近缘种的转录组分析与比较，红树植物角果木的系统地理学及其在高盐环境中基因转录水平的自我平衡的研究；另外我们还同时开展了多种红树植物自然杂交事件验证的研究。本项研究为合理管理和利用红树林资源提供了新的参考。