基于景观遗传学研究毛红椿群体适应性遗传变异分布格局

Aiming at the phenomenon of wide distribution in the subtropical area and the rich genetic variation of Toona ciliata var. pubescens, natural populations of T. ciliata var. pubescens will be selected for this project. In order to understand the distribution patterns of adaptive genetic variation in natural populations of T. ciliata var. pubescens, the pertinent studies and explorations will be carried out. The contents of the study include the effects of isolation by distance and terrain on spatial genetic structure from small-scale to large-scale space in populations of T. ciliata var. pubescens, with the purpose of revealing the relationship between spatial distribution pattern of genetic variation and landscape features. The next step will be to study the effects of landscape and environmental features including habitat fragmentation, terrain and river systems on the gene flow of populations. Distribution of genetic variation within and between natural populations will be studied too. Loci related to distribution of adaptive genetic variation will be found. Response of adaptive genetic variation in natural populations of T. ciliata var. pubescens on landscape and environmental features will be explored, and relations between allele frequence and environmental features will be analyzed too. Theoretical guidance for natural forest conservation of T. ciliata var. pubescens and other endangered tree species will be useful by implementing this study. So it is very indispensable to carry out the study of “Distribution patterns of adaptive genetic variation in populations of T. ciliata var. pubscens based on landscape genetics”.

针对毛红椿在亚热带地区分布广泛，遗传变异丰富的现象，本项目决定将毛红椿天然群体作为重点研究对象，以期抓住毛红椿天然群体适应性遗传变异分布格局的主体，利用景观遗传学和群体遗传学方法，开展有针对性的研究和探索。研究空间小尺度到空间大尺度水平上距离隔离、地形等对毛红椿群体空间遗传结构的影响，揭示群体遗传变异空间分布格局与景观特征之间的相关性；景观特征和环境因子诸如生境片段化、地形和水系等方面对毛红椿群体基因流的影响；系统研究毛红椿天然群体内和群体间遗传变异分布情况，检测与适应性遗传变异分布相关的位点，探索毛红椿天然群体适应性遗传变异对景观环境变量（海拔、纬度、降水和温度等）的响应，分析等位基因频率和环境变量之间的关系。以期为毛红椿天然林的保护提供理论指导，并为其他珍稀濒危树种遗传多样性保护和保护策略的制定提供参考。鉴于以上考虑，开展“基于景观遗传学研究毛红椿适应性遗传变异分布格局”研究非常必要。

本项目以亚热带地区毛红椿天然群体为材料，研究了毛红椿天然群体适应性遗传变异分布格局，利用景观遗传学和群体遗传学方法，阐明了毛红椿天然群体适应性遗传变异对环境和地理因子的响应，具体研究结果如下：.（1）摸清了世界范围内香椿属树种资源现状以及分布区气候和土壤特征。香椿属现有11个种和3个变种，其资源分布纬度范围 -39.05~57.68°，经度范围-157.85~174.8°。分布区年平均气温平均值为18.18℃，年降水量平均值1350.5mm。主要土壤类型（FAO90）共有31种，最适宜的土壤是沙性、微酸性的和含水量较高的土壤。.（2）利用转录组测序数据，筛选出具有多态性引物17对。.（3）毛红椿天然群体具有较低水平的遗传多样性，同时表明群体中个体之间的高杂合性和频繁的基因流。毛红椿9个天然群体可分为4个组，云贵高原地区群体和华东地区群体交叉分布。.（4）云贵高原中海拔毛红椿天然群体遗传多样性最大，低海拔天然群体遗传多样性最小。天然群体间遗传分化系数平均值为0.2175，基因流平均值为0.8997，说明云贵高原毛红椿天然群体间花粉、种子等基因交流较少。.（5）不同群体种子、果实、种子发芽率和苗期生长等性状在群体间的差异达到极显著或显著水平，也说明由于长期进化，各地环境条件的不同，导致了其表型的差异。.（6）确定了遗传距离、气候和地理距离之间的显着相关性，这表明气候和地理变量是群体间适应性变化的原因。来自4个离群位点的8个等位基因可能与对两个气候因素的适应有关：降水和温度。.（7）利用空间自相关分析对取样群体江西宜丰、云南师宗和宾川空间遗传结构情况进行了分析，3个群体分别在300m、380m和520m范围内单株间存在相似关系，此距离范围外个体间差异较大。. （8）制定了毛红椿天然群体遗传多样性取样策略。当取样群体达到4个时，包括该树种97.5%的遗传变异；应选择与其他群体间基因分化系数平均值较大的4个群体；群体内取样单株数量应达到15个以上；天然群体内300~520m范围内的单株间存在相似关系，说明在进行群体内单株取样时，单株间距应大于520m。.（9）共投稿论文6篇，已发表学术论文3篇，其中SCI收录1篇；会议论文1篇，参加国际会议1次；课题负责人当选国际林联楝科植物工作组协调员；培养青年学术带头人1名，培养在读博士研究生1名。