孑遗植物-莲科的残遗中心及迁移路线研究

Quaternary glaciation had strong influence on the genetic structure and geographic distribution patterns of existing biological population. The glacial refuges and postglacial recolonization are focuses of today's research. Thus, the study will be significant to reveal speciation mechanisms, evolutionary history, evolutionary relationships among species and within species and biodiversity conservation. Nelumbonaceae is an ancient relict plant with important religious, cultural and economic values, the distribution of which belongs to the Eurasian-North American disjunction. Nowadays, there are only two species: Nelumbo nucifera and N.lutea in this family. Based on the molecular clock of the two species' chloroplast genome sequence, they could be deduced to differentiate in about 1.5Ma ago in the Lower Pleistocene. However, there are few studies on the phylogeography of Nelumbonaceae.This study will collect 46 representative groups covering the whole distribution area of Nelumbonaceae. Based on 20 pairs of nuclear genomic SSR primers, 12 pairs of chloroplast SSR and 8 chloroplast gene spacer region DNA fragment sequences, we plan to reveal Nelumbonaceae's genetic diversity, phylogeography distribution patterns and evolutionary history, and aim to infer its relic center and migration route and pattern, providing scientific references for studying the protection and sustainable development of Nelumbonaceae.

第四纪冰期对现存生物的地理分布格局和遗传结构有重要影响。生物冰期避难所与冰期后重新迁移和扩散是研究热点，对揭示物种形成、谱系演化历史及生物多样性保护意义重大。莲科现仅存莲和美洲黄莲2种，被太平洋隔离分布,属孑遗植物,基于叶绿体基因序列分子钟推测,种间分化于第四纪下更新世(1.5Ma)。目前对莲科的谱系地理学研究很少。本研究拟在莲科整个分布区采集有代表性46个群体，基于20对全基因组SSR标记，12对cpSSR标记及8个叶绿体基因间隔区DNA序列比较分析，揭示莲科的种间演化关系、遗传结构、谱系地理分布格局及其演化历史，确定莲科的残遗中心和祖先群体，探讨种群迁移和扩散路线及模式等，为莲科资源的保护与利用提供科学依据。此外，将本研究成果与其它陆生孑遗植物冰期避难所的位置和种群迁移模式等研究成果进行比较，探讨第四纪冰期对水生与陆生植物群体遗传结构的影响是否不同，开创研究水生植物群体遗传结构新范例。

生物冰期避难所与冰期后重新迁移和扩散是研究热点，对揭示物种形成、谱系演化历史及生物多样性保护具有重要意义。孑遗植物莲科（Nelumbonaceae）现仅存莲(Nelumbo nucifera)和美洲黄莲(N. lutea)两个种，被太平洋隔离分布，种间分化于第四纪下更新世(1.5Ma)。目前对莲科的谱系地理学研究很少。本研究从覆盖整个亚洲分布区涉及共14个国家119个地点采集2283份莲样本，用6对cpSSR和17对rSSR引物进行分子标记，通过对单倍型的分布格局初步分析表明：①莲的起源中心在东南亚地区如越南、缅甸和中国的云南等低纬度地区，由南向北迁移，后来由于青藏高原隆起后出现地理隔离，西亚与东北亚分成2个进化分支，并产生遗传分化；②东亚最北界黑龙江流域为莲最北部的第四冰期避难所，西亚最北界俄罗斯里海的种群进化历史较年轻，很可能是近期传入。澳大利亚北部的莲与东亚地区的莲的遗传关系密切，与最近西亚印度尼西亚莲不是同一谱系。本研究揭示了莲的冰期避难所及迁移路线，基本完成研究目标，还需要继续进行系统分析和撰写研究论文。.项目组还采集了圆明园保存的72个莲品种为实验材料，用来自不同地点1409份野生莲和58份美洲黄莲种群样本作遗传背景参照。从104对核微卫星引物（rSSR）中筛选出15对，17对叶绿体微卫星（cpSSR）引物中筛选出2对，共17对引物作为72个莲品种DNA指纹鉴定的条码，建议将形态特征与DNA指纹相结合作为品种的签定标准。这些研究成果还为进一步探讨莲品种起源奠定基础。