全球气候变化背景下濒危植物银钟花的保育遗传学研究

Ecological adaptability of rare and endangered species has becoming a hotspot of conservation genetics research under the global climate change. Perkinsiodendron macgregorii, an economically important tree species endemic to China, is threatened by small, fragmented habitat. It is of great significance to study the genetic adaptive evolution of the remaining populations in divergent ecological habitats, discussing its conservation and maintenance mechanism. In this project, polymorphic expressed sequence tag-simple sequence repeats (EST-SSRs) will be developed and characterized from the transcriptome sequencing. Outlier loci in the genome of P. macgregorii will be screened by genome-wide scans with EST-SSR markers. Association between genomic data and climate variables will reveal the adaptive genetic differentiation under different climate selective pressure and distribution pattern of adaptive loci, which will help us further explore the genetic mechanism of local adaptation in P. macgregorii. Results of this project can be used to infer the adaptive potential of P. macgregorii in coping with climate change, further to aid in implementing conservation strategies for the rare and endangered species in Styracaceae.

全球气候变化下，珍稀濒危物种的生态适应性已经成为保育遗传学研究的前沿和热点。银钟花为中国特有的单种属植物，具有重要的观赏价值，却面临种群数量锐减，生境片断化的威胁。因此开展其残存居群遗传适应性研究，探讨其在不同气候条件下的保存和维持机制，具有重要的保育遗传学意义。本项目通过转录组测序技术开发并筛选具有多态性的功能微卫星标记（EST-SSR），用于银钟花基因组扫描，挖掘受选择位点，最后将气候因子与受选择位点进行关联分析，探究银钟花在气候选择压力下的适应性变异和分布格局。本项目的实施将揭示银钟花本地适应性的分子基础，预测气候变化下不同居群的命运，为银钟花及其所在安息香科特有的珍稀濒危植物的保护提供依据。

作为东亚亚热带孑遗类群，银钟花是中国特有的具有观赏价值的落叶乔木。由于人类过度开发，栖息地不断减少和破碎化，同时由于自然条件下种子不易发芽，银钟花的自然繁育和更新困难，导致种群数量日益减少。本项目通过对银钟花现有居群进行样本采集和调查，结合气候因子对其适生区进行预测，为迁地保护和扩大银钟花种群提供依据；模拟三种浓度的温室气体排放情况下，银钟花未来适生区的变化；对银钟花进行全基因组从头测序和群体基因组重测序，获得银钟花完整的遗传信息和群体结构信息，以期更全面地了解其遗传多样性并制定合理的保护策略；进行种子育苗实验，探索提高银钟花种子发芽率和成苗率的条件，通过人工繁育增加银钟花个体数量。结果表明：（1）银钟花种群主要分布在我国东南亚热带300米以上山脊坡地，生境雨量丰富，土壤为酸性黄棕壤或黄壤；（2）银钟花的潜在适生区与实际分布区基本一致，占全国面积的5.44%，相较于实际分布区增加了安徽东南部、湖北南部和四川东部与重庆西部接壤的区域；（3）极端最低气温是影响银钟花潜在分布的最重要气候因素，其最适范围为-2-3℃，此外，最暖季降水量也是影响银钟花分布的主要因素；（4）未来气候条件下，银钟花的适生区面积有所增加，并总体向南北两侧移动，新增适生区多分布于东南沿海岸线一带；（5）银钟花基因组大小为1.06 G，杂合度为1.034%，GC含量为39.84%，包含1,593个直系同源单拷贝基因，属于高重复高杂合基因组；（6）浓硫酸处理银钟花种子可以提高种子发芽率，配合温室幼苗栽培，将是银钟花人工育种的有效手段。这些结果从适生环境、基因组遗传信息和种子育苗等不同维度为银钟花保护提供新视角，为制定更合理有效的银钟花保护策略提供了理论基础，也为具体开展保护措施提供了可行方法。