分布于田中线两侧的近缘茶组物种谱系地理研究

"Tanaka Line" is a major phytogeographic boundary in Southwest China, which has been proposed to play an important role in plant genealogy differentiation and population dynamics. Camellia taliensis and C. crassicolumna, which are closely related species in Camellia sect. Thea (Camellia L.), display an allopatric distribution on each side of the Tanaka Line. It is not clear whether the Tanaka Line affected the genetic divergence and the phylogeographic history of the two closely related species. In this research, using haplotypes and SNPs from chloroplast DNA and RAD-seq sequences of individuals sampled from natural populations across their geographic ranges, we aim to detect the population genetic diversity and genetic divergence of the two species, and to investigate their phylogeographic structure and population dynamics history. Combing with the historical spatial distribution pattern of the two species which are predicted with ecological niche models, and the estimated species divergence time, we want to reveal the historical or environmental reasons which resulted in the genetic divergence and the present distribution pattern of the two species. This study may also shed a light on the evolution and dispersal history of species in Camellia sect. Thea.

“田中线”是中国西南地区一条典型的植物地理分界线，研究表明分布于田中线两侧的植物种群或近缘种有显著的谱系分化和种群动态差异。申请人前期调查发现，山茶属茶组植物大理茶和厚轴茶自然种群分布区界限与田中线大致吻合，这两个近缘种的谱系地理格局和种群演化历史，及其遗传分化与田中线的关系尚不清楚。本项目拟采集具地理代表性的大理茶和厚轴茶的自然种群，运用叶绿体DNA片段测序和简化基因组测序（RAD-seq）获取单倍型和单核苷酸多态性位点，利用基因遗传信息分析大理茶和厚轴茶的遗传分化和种群遗传多样性，揭示这两个物种的谱系地理结构和种群历史动态；通过重建茶组植物系统进化关系推测大理茶和厚轴茶的分化时间；运用生态位模型模拟二者在不同时期的空间分布格局。综合上述分析结果推测大理茶和厚轴茶物种分化和种群演化历史，探寻导致二者物种分化和以田中线为界分布的地质历史或环境气候原因，也为探寻茶组物种的分化和扩散提供线索。

本课题利用谱系地理学和分子生态学研究方法，解析大理茶和厚轴茶自然种群的谱系地理分布格局和种群历史动态，并探讨田中线在这两个近缘种的演化历程中是否有隔离屏障的作用，目前的分析结果和结论如下：.(1) 基于叶绿体片段的核苷酸序列，在采集到的所有种群中检测出20个叶绿体单倍型，两个物种的单倍型多态性均较高（大理茶Hd为0.904；厚轴茶Hd为0.773），核苷酸多态性较低（大理茶Pi为0.0018；厚轴茶Pi为0.0011）；检测到的遗传变异主要存在于物种内部种群之间（94.83%，p<0.0001），基本没有通过种子传播实现种群间基因交流的可能性。单倍型网络亲缘关系中，两个物种唯一共享的单倍型H3位于中心，其他的单倍型均与之相关联，因此H3极有可能是一个祖先遗留的古老单倍型。综合分析两个物种叶绿体单倍型的地理分布格局和谱系亲缘关系发现，单倍型并没有在田中线两侧呈现显著的谱系分化，因此不支持田中线为谱系隔离屏障假说。.(2) 对高通量测序获得的33,961个SNPs进行分析，结果表明，基于双亲遗传的基因组序列的核苷酸多态性（Pi: 0.1566 - 0.2355）远高于母系遗传的叶绿体片段，而前者揭示的种群间遗传分化（Fst: 0.012 - 0.102）远低于后者（Fst: 0.836 - 1），据此推测种群间可能有通过花粉的基因交流。基因流分析推测出大理茶ZhenY种群向厚轴茶DaWS种群的基因流，DaWS有指向与除LvC外所有厚轴茶种群共同祖先的基因流，此外有大理茶ZhenY有向厚轴茶JianS种群的基因流。基于SNPs的群体遗传结构分析揭示大理茶与厚轴茶群体间有共享的遗传物质，特别是厚轴茶LvC和JianS种群有来自大理茶的基因渐渗。.(3) 利用生态位模型和环境数据推测出现代时期大理茶和厚轴茶都主要分布于我国云南省内，前者核心潜在分布区偏西南，后者偏东部；两个物种在末次间冰期的潜在分布与现代时期完全一致；在末次冰期大理茶的潜在分布区有向热带地区的扩散，而厚轴茶完全没有潜在分布区。.综合所有分析结果可以推测，大理茶与厚轴茶群体间可能有通过花粉实现基因交流，两物种间有基因渐渗，田中线在两物种的演化过程中没有隔离屏障的作用。厚轴茶DaWS种群所处的屏边大围山地处北回归线以南，历史上未受过第四纪冰川袭击，成为物种天然的避难所，因此该种群很大程度的保留了祖先遗传信息。.