基于转录组测序和居群基因组学的多种红树植物物种形成模式比较

The formation mechanism of the biodiversity in mangrove ecosystem is an important part of the research on global biodiversity. In this study, we propose to investigate the speciation patterns and mechanisms of various mangrove plant species (i.e., Aegiceras, Ceriops, Lumnitzera, Heritiera and Barringtonia) with different ecological adaptation characteristics in the Indo-West Pacific area based on the data sets inferred from transcriptome sequencing analysis and population genomics. We will carry out model comparison and model testing under the background of statistic analysis. We will investigate the underlying mechanism of the different adaptative patterns between different ecological types of mangrove plants at the transcriptome level. We will also investigate the genetic spatial patterns of different geographic populations and carry out the species delimitation analysis using Bayes theorem based on population genomic data, respectively. We will test and compare the speciation models among different ecological types of mangrove plants using population genomic data on the basis of statistic analysis. We will elucidate the significance of ecological adaptation and historical biogeographic events in the process of speciation of mangrove species on the different levels such as genome, transcriptome, genotype, etc. Our study will provide a theoretical basis for understanding the formation mechanism of the mangrove biodiversity and new insight into the mangrove conservation and management in the Indo-West Pacific.

红树林生态系统生物多样性的形成机制是全球生物多样性研究的一个重要组成部分。本研究采用转录组测序和居群基因组学方法，以印度-西太平洋地区分布的多种具有不同生态适应特征的代表性红树植物类群为研究对象(包括桐花树属、角果木属、榄李属、银叶树属、玉蕊属)，系统地开展物种形成模式的比较与统计检验。通过转录组测序，比较并诠释不同生态类型红树植物对自然生境适应的转录组式样；进一步采用居群基因组学方法比较红树植物不同地理居群之间基于多基因位点遗传空间模式上的异同；利用贝叶斯原理对多种红树植物在基因组水平上进行物种界定；在概率模型下利用居群多基因序列信息对不同红树植物类群物种形成的模式进行统计检验；从基因组、转录组、基因型等不同层次比较生态适应与历史生物地理事件（如地理隔离）两方面因素在红树植物物种形成过程中的重要性；为理解印度-西太平洋地区红树植物多样性的形成机制、合理利用与保护红树植物资源提供理论依据。

本研究已完成研究计划的内容并获得了预期的成果。包括完成印度-西太平洋地区多种红树植物的采样和实验工作；采用转录组测序和居群基因组学方法，系统地开展了多种红树植物群体遗传结构与物种分化的研究；完成了多种红树植物的转录组测序、组装及后续分子标记开发；通过比较转录组学方法诠释了不同生态类型红树植物对自然生境适应的转录组式样；利用新一代高通量测序技术测定了多种红树植物在印度-西太平洋地区不同地理群体多个核基因的序列并检测了历史生物地理事件在这些植物类群物种形成中的作用；采用系统发育分析方法对角果木属、海桑属与白骨壤属的属内物种亲缘关系与物种形成模式进行了探讨；同时对滨海本地物种海南草海桐、滨海入侵物种互花米草以及红树科陆生近缘物种竹节树属等生态类型更为多样化的物种进行了系统发育与群体遗传特征的探讨。研究结果表明，不同红树植物谱系从陆生环境进入海洋潮间带生境的时间存在差异：红树科和老鼠簕属中两种谱系的分歧分别发生在56.4和16.8百万年前。在转录组式样上，红树科的红树物种与陆生近缘物种具有与生境相关的显著差异，但在老鼠簕属中并未发现。群体基因组学研究表明，所研究的多种真红树植物均具有极低的群体内遗传多态性，但大多数基因在区域间的遗传分化很高；以马来半岛为代表的各种地理屏障在真红树物种分化上起到了关键的作用；尽管地史上全球变化(海平面上升和下降)是导致该地区红树植物亲缘地理分布格局和物种形成模式的最主要的原因，但不同物种间仍然呈现物种特异性的模式。因此无论是转录组式样还是亲缘地理与物种分化模式的研究结果均表明：尽管红树植物共同组成了一个统一的生态系统，但组成红树林的不同植物类群之间具有不同的演化历史和物种分化格局， “case by case” 仍然是该领域研究中必要的策略。这些结果为非模式红树植物的研究提供了大量基因组水平的遗传资源，为保护、管理和可持续利用这一宝贵的海岸带木本植物遗传资源提供了有意义的实例和理论依据。