珍稀濒危树种倒卵叶青冈的空间遗传结构及成因分析

“Sky islands”, like oceanic islands, are ideal settings for evolutionary study. The likely effect of isolation among “sky islands” on the formation of new species is not controversial; however, the effect of the Pleistocene glacial cycles on species divergence is a contentious issue. Quercus arbutifolia was an evergreen species, which belongs to Quercus subgenus cyclobalanopsis (Fagaceae). Q. arbutifolia is restricted to the top of several mountains in southern China and northern Vietnam, and plays an important role in local limestone ecosystem. The distribution pattern of Q. arbutifolia is the typical “sky islands” pattern. Currently there are only twelve populations with a few individulas in field. In this project, we will use SSR (Simple Sequence Repeats) and multiple DNA fragments from cpDNA and nDNA to study the phylogeography of Q. arbutifolia. We will detect the genetic diversity at different levels, population genetic structure and phylogeographical pattern of Q. arbutifolia, explore the factors which have influenced its current phylogeographical pattern. This research will help us to further understand the impacts of global climate change on the distributions of subtropical “sky islands” species in East Asia, species differentiation and East Asia flora, and provide basic data for the conservation of other species on “sky islands” in subtropical East Asia.

“天空之岛”与海洋岛屿类似，是进化生物学研究的完美场所。“天空之岛”间的隔离促使新物种产生是公认的，但是更新世冰期循环对物种分化的作用还存在争议。倒卵叶青冈为栎属青冈亚属常绿木本植物，目前已知居群仅12个，居群间明显隔离，呈“岛屿状”分布于中国南方及越南北部的向阳山顶，在当地石灰岩生态系统中发挥着重要作用。该种是一个典型的“天空之岛”物种。本项目拟利用DNA序列和微卫星标记对倒卵叶青冈开展谱系地理学研究，检测其居群遗传多样性水平，揭示该种的居群遗传结构和谱系地理格局；结合地理分布及地质历史资料，揭示气候变迁等地质历史事件对其分布格局形成和演变的影响。本项目的实施对探讨全球气候变迁对东亚亚热带“岛屿状”生境植物的分布、物种分化以及植物区系所造成的影响有重要的参考价值，同时可为亚热带特殊生境小种群物种保护提供借鉴和启示。

倒卵叶青冈是分布于中国南方和越南山地云雾林的一个稀有树种。倒卵叶青冈居群之间相互隔离，居群很小，具有独特的生态位，这些特性使其容易受到气候变化和生境丧失的影响，但迄今缺乏对其居群的动态变化过程和物种的进化历史的研究。因此，对于保护和恢复倒卵叶青冈居群仍缺乏科学依据。本项目利用四个叶绿体片段、两个核DNA片段和10对核基因微卫星位点对倒卵叶青冈6个居群的遗传分化类型和动态历史开展了研究。研究结果表明，倒卵叶青冈居群具有高水平的遗传多样性和显著的谱系地理结构，居群间的遗传分化与地理距离显著相关。基于cpDNA数据的Beast分析表明，倒卵叶青冈叶绿体单倍型的最近共同祖先的时间为10.25 Ma；叶绿体单倍型的快速多样性化发生在第四纪；广西大明山居群大约在晚中新世和其它居群隔离，珠江水系可能对其居群的分化起到了重要作用。倒卵叶青冈居群在第四纪末次间冰期发生了扩张。由于倒卵叶青冈居群间的遗传分化很大，且居群内的遗传多样性较高，所以所有现存的倒卵叶青冈居群都应该保护。在保护资源有限的情况下，广西大明山居群（DM）、湖南宜章居群（YZ）和福建漳州居群（ZZ）需要优先保护。我们的研究结果为深入研究中国亚热带山地雨雾林物种对过去气候变迁的响应提供基础，同时可为倒卵叶青冈的有效保护提供指导。