自然选择和遗传漂变对喀斯特特有铁甲秋海棠复合群物种分化的影响

It is still a worthy question on the relative contributions of natural selection and genetic drift both on genetic differentiation and quantitative traits. Limestone karsts are the ideal study area for species divergence owing to their unique ecosystems, abundant plant diversity and high level of endemic taxa. As the 6th biggest genera in the world, Begonia L. is a representative group of plant within limestone karsts. Therefore, this project selects B. masoniana complex (including B. masoniana, B. nonggangensis, and B. liuyanii) as the studied taxa, which is distributed around the boundary of China and Vietnam and endemic to limestone karsts. The project is planning to assess the role of genetic drift by analyzing the divergence of RAD-seq and chloroplastid sequences (ndhA intron and rpl16), ascertain the role of selection by screening the potential genotype that related to selection by comparing the RAD-seq with transcriptome data, infer the contributions of drift and selection on phenotypic variance by directly comparing population structure in markers with that in traits. Forthermore, combining with these results we dry to discover the mechanism and causes of species divergence in the complex and hope that this project will offer the fundamental clue for the species diversity and mechanism of the species divergence in the genus, and provide a case for the study of land island speciation of Southwestern Karst in China.

自然选择和遗传漂变对种群遗传组成的影响，以及形态特征如何响应自然选择和遗传漂变的压力，一直是生物学领域值得关注的重要科学问题。喀斯特地貌生态系统独特，植被类型多样，是开展物种分化研究的理想区域。秋海棠属是世界第6大属，有极高的多样性和特有性，是喀斯特地区的代表性类群之一。鉴于此，本项目选取喀斯特地区特有类群：铁甲秋海棠复合群（铁甲秋海棠、弄岗秋海棠和刘演秋海棠）为研究对象，利用RAD-seq和叶绿体片段比较种群遗传结构变化和种群历史动态，评估遗传漂变的作用；结合转录组数据筛选RAD-seq序列中与选择相关的潜在基因型，评估自然选择的作用；通过同质园栽培，评估遗传漂变和自然选择对数量形态特征的影响；进而揭示自然选择和遗传漂变对铁甲秋海棠复合群遗传分化和形态分化的影响，推测喀斯特地貌物种分化的可能模式。本项目的开展将有助于了解秋海棠属物种多样化和物种分化机制，为喀斯特物种分化模式提供具体案例。

自然选择和遗传漂变对种群遗传组成的影响是生物学领域值得关注的重要科学问题。喀斯特地貌生态系统独特，植被类型多样，是开展物种分化研究的理想区域。秋海棠属是世界第6大属，有极高的多样性和特有性，是喀斯特地区的代表性类群之一。鉴于此，本项目选取喀斯特地区特有类群：铁甲秋海棠复合群（铁甲秋海棠、弄岗秋海棠和刘演秋海棠）为研究对象，对5个物种71个个体进行全基因组重测序，基于变异位点分析铁甲秋海棠复合群遗传结构和遗传多样性，探讨喀斯特地貌物种分化模式。通过对广西秋海棠属的系统梳理、野外考察和实验数据的分析，本项目的重要结果如下：（1）系统梳理并整理了广西产秋海棠属植物共84种，新增65种《广西植物志》第一卷中未收录的类群，补充了特征集要和属下分组概况，相关研究结果以《广西植物志》秋海棠属增订发表于《广西植物》；（2）通过野外考察发现并发表了分布于越南的秋海棠属新类群吉婆岛秋海棠和分布于西藏的巨型秋海棠，相关研究结果发表于PhytoKeys；（3）对铁甲秋海棠复合群以及外类群黑锋秋海棠共5个物种23个居群71个个体进行了全基因组重测序，得到2,711,146个SNPs位点；（4）遗传多样性和遗传结构分析显示，铁甲秋海棠复合群内各物种具有较低的遗传多样性水平，其中铁甲秋海棠近交程度最高，同时，各物种间发生了一定程度的遗传分化；（5）ABBA-BABA检测发现刘演秋海棠与弄岗秋海棠、彩纹秋海棠之间存在一定程度的基因流；（6）重建群体历史结果显示铁甲秋海棠复合群可能受第四纪冰期影响导致物种分化，并受到近交衰退的威胁；（7）突变负荷分析显示铁甲秋海棠复合群存在有害突变。整体上，本项目的开展促进了对广西产秋海棠属的系统调查，增加了对中越边境秋海棠属多样性的认知，揭示了西南喀斯特地区特有的铁甲秋海棠复合群的遗传结构和遗传多样性，有助于对喀斯特地区秋海棠属植物的适应性、多样性和保护生物学研究提供关键信息和背景资料。