基于种群景观遗传结构解析紫茎泽兰沿道路廊道的入侵扩散与基因流特征

Road is the most common corridor in the global human-dominated landscapes. It is also one of typical disturbance on the habitats. Road corridors play an important ecological role in the distribution and dispersal of nonindigenous plant invasion. Road network’s demands rapidly increase with the economy bloom in China, it has been producing great pressure on exotic invasiveness along the roads. Contemporary pattern of invasive plant populations established on road verges could be revealed by traditional ecological survey, but there were no solid information about its invading process and colonizing history. This proposal will conduct a research on one of the most noxious invasive alien plants in China, Ageratina adenophora, which is typically colonized and established along the roadsides. We will combine landscape pattern analysis with population genetic analysis by DNA markers. Population genetic background will be assessed by SSR markers, as long as population genome by restriction-site associated DNA sequencing (RAD-seq), in order to reconstruct its invading routes and population expansion in history. It will be fully probed that the spatial correlation between road corridor pattern and population genetic structure. We will put effort to understand how road corridors effect population genetic diversity and gene flow, and how road corridors facilitate population dispersal into adjacent landscape types and produce ecological and genetic consequences. We hope to cast a new insight on the mechanism of invasive plants along road corridors, and provide scientific comments and suggestion for preventing ecological invasion in road construction, management, and maintenance. The final results will enrich the study in landscape genetics and invasive ecology.

道路已成为最常见的廊道景观和人为干扰之一，对入侵植物的分布格局和传播扩散产生重要影响。交通路网的高速增长下，中国面临着路域生物入侵的巨大压力。道路沿线的生态调查揭示了入侵种当前的分布格局特征，但不能反映真实的入侵过程和定居历史。本研究以典型的道路廊道入侵植物紫茎泽兰(Ageratina adenophora)为研究对象，采用景观格局分析和分子遗传标记相结合的研究手段，以SSR标记分析其种群遗传结构和基因流，以基于二代测序技术的RAD标记分析其种群基因组结构，探讨道路景观对其遗传变异格局的作用机制，重建其入侵路线和种群扩散的历史过程，认识道路对其种群遗传多样性和基因流的影响，以及道路廊道和周围景观类型对其传播扩散的景观遗传效应。本研究将为认识入侵植物沿道路廊道传播扩散的机制提供新的视角，也为道路建设、管理和维护中防治生物入侵提供科学理论依据，丰富和发展景观遗传学和入侵生态学的研究。

道路廊道促进入侵植物的定居、建立和迁移扩散，交通路网的高速增长下，中国面临着路域生物入侵的巨大压力。同时，路域景观组成、构型、格局形成的景观阻力对入侵植物的种群遗传结构和传播格局产生深刻的影响。本研究以典型的道路廊道入侵植物紫茎泽兰(Ageratina adenophora)为研究对象，采用景观遗传学的研究方法，基于二代测序技术的RAD标记分析其种群基因组结构，探讨道路景观对其遗传变异格局的作用机制，以及入侵路线和种群扩散的历史过程，认识道路廊道对其种群遗传多样性和基因流的影响，以及道路廊道和周围景观类型对其传播扩散的景观遗传效应。.主要研究内容包括：(1)道路廊道对紫茎泽兰种群遗传结构的景观效应；(2)道路廊道对紫茎泽兰种群向周围景观扩散的作用；(3)道路廊道对紫茎泽兰基因流的影响；(4)紫茎泽兰入侵扩散的景观阻力模型研究。.重要研究结果：(1)中等路网密度下紫茎泽兰发生面积最高。从西到东、从南至北，道路沿线的种群遗传多样性有下降趋势，但与路网密度、道路连通性无显著性相关；(2)紫茎泽兰向路域森林景观扩散受乔木层盖度和森林原生性状态影响，AFLP和SSR遗传标记无法揭示局域尺度的紫茎泽兰种群遗传差异性，但RAD标记可反映出森林景观阻力对紫茎泽兰种群遗传结构的综合效应；(3)道路促进紫茎泽兰路域种群的基因交流，局域尺度的人工林景观同样促进基因流；(4)验证了紫茎泽兰种群遗传多样性的空间格局符合景观阻力模型(isolation-by-resistance)，紫茎泽兰种群遗传多样性与景观阻力呈显著性负相关，电路模型构建的景观阻力面模型揭示出景观阻力与种群遗传多样性更高的相关性。.紫茎泽兰种群基因组结构反映出来道路促进作用和景观阻力作用的复合效应，本研究为认识入侵植物沿道路廊道传播扩散的机制提供了新视角，同时也将为道路建设、管理和维护中防治生物入侵提供科学理论依据，丰富和发展了景观遗传学和入侵生态学的研究。