同倍性杂交物种形成和适应性进化的遗传基础

杂交是物种形成的重要方式，我们对同倍性杂交物种形成的遗传基础研究还非常局限。高等植物种间分化和生态适应性差异的遗传基础十分复杂，须在全基因组水平开展调查才可能鉴定与物种分化相关的位点、揭示物种形成机制。该项目以高山松-油松-云南松这一有明显适应性分化的近缘种复合体为模型，从功能基因组学层面上分析三树种间基因表达模式的差异，鉴定种间显著差异表达的位点，为建立基因位点与表型的联系和在生态适应性分化上的作用提供切入点。通过对比F1代与天然高世代杂种群体的基因分化模式，解析种间杂交的立即和长期进化后果，探讨杂交、突变、重组和选择对同倍性杂交物种形成的进化意义。由于高山松对维持高原生态环境的重要性，对它适应性遗传基础的研究有助于在全球气候变化的大环境下更好的保护和利用这一宝贵的自然资源。我国针叶树种基因组研究还是空白，该项目的实施有望带动该领域研究起步并逐步纳入到国际大计划框架下。

植物界大多数物种是通过种间杂交或杂交后基因组加倍形成的，杂交是新性状、新适应性和新物种形成的重要来源。与异源多倍体杂交物种形成相比，同倍性杂交物种形成的普遍性和在植物进化上的重要性一直被低估。以多学科分析手段，选择有明显适应性分化的近缘种杂交复合体为材料，通过多进化阶段材料对比，分析种间杂交的遗传后果，是揭示杂交进化生物学意义的最佳策略。高山松（Pinus densata）是迄今被证明为同倍性杂交起源的唯一裸子植物种，其起源要追踪到青藏高原的隆起，是青藏高原主要森林建群种，占有特殊生态位，对维持脆弱的高原生态环境有不可替代的重要性。由于其古老的起源历史和独特的生态适应性，是研究杂交物种形成机制十分难得的材料。该课题以高山松及其亲本种油、云南松这一近缘种复合体为模型，从生境、群体、功能基因组和等位基因层面上探讨了以下杂交物种形成和适应性进化的基本理论问题：(1) 生境分化对同倍性杂交物种形成的作用, (2) 杂种基因组基因家族和等位基因的组成和功能分化模式, (3) 杂交和各种群体历史事件的群体遗传后果, (4) 遗传障碍弱的物种复合体间生殖隔离是如何产生和维持的？.我们的结果阐述了地理、生态因子对遗传分化及杂种与亲本种形成生殖隔离的作用，重建了高山松群体分化和物种形成历史，对我们认识青藏高原生物多样性的起源和维持机制有重要意义。对各类基因家族功能分化模式的研究揭示了不同层次上的亚功能化是重复基因被保留的主要机制，进而导致大基因家族的形成。这些研究结果对揭示木本植物应对环境因子的波动机理和适应性进化有重要意义。