天山北部拟南芥种群统计学特征变化的适应意义

Demography, a promising research field, is utilized to analyze the ecological roles in time scale and species adaptation mechanism. The project based on the previous researches targets at nine populations not only in the Tianshan Mountains, a distribution center of Arabidopsis thaliana in the world, but also in the adjacent Tarbagatay Mountains and Altai. 1) Successively comparative study for four years turned out that demographical feature changes among populations have relations to organic and inorganic environments, and then the demographical feature changes could be analyzed by phylogenetic comparative methods. 2) Employed by single nucleotide polymorphism (SNP), the genetic variations among and within nine Arabidopsis thaliana populations in northern Tianshan could be analyzed to probe into the genetic variation relationships between mountains, populations, geographical isolations and genetic drifts. 3) From the point of view of continuous generations, demographical features among populations affected by phenotypic variation are reviewed to analyze the natural selection in developmental stages between years and growth seasons and to investigate thoroughly into the relationships between demographical feature changes and genetic variations. The project initially conducts systematic study of demography and genetic variations in Arabidopsis thaliana populations in northern Tianshan and it also has great significance in the analysis on variation mechanisms of Arabidopsis thaliana populations.

采用种群统计学研究来分析时间尺度下的生态作用，剖析物种适应机制是当前极具潜力的研究领域。天山山脉是世界拟南芥分布中心之一，本项目在前期研究基础上，以天山山脉，以及与之相邻和相对的塔尔巴哈台山、阿尔泰山三个地理区域的9个种群为研究对象。1）连续4年对比研究种群间统计学特征变化，与有机、无机环境关系，采用系统比较方法，研究种群统计学特征变化特点。2）采用单核苷酸多态性(SNP)标记技术对天山北部9个拟南芥种群间和种群内的遗传变异进行分析，研究山系之间、种群之间谱系关系，以及与地理隔离、遗传漂变的关系。3）从连续世代的角度，研究个体表型变异对种群统计学特征的影响，分析年际间和生长季不同发育阶段自然选择特点，以及种群统计学特征变化与种群遗传变异的关系。本项目首次对全面天山北部拟南芥种群遗传变异、种群统计学进行系统研究，对剖析拟南芥种群间的变异机制具有重要意义。

我国新疆天山北部地处温带干旱、半干旱区，山地、戈壁和沙漠相间，生境类型多样，蕴藏了大量抗干旱、耐高温、耐寒旱、耐盐碱、抗病虫害以及抗紫外线的珍贵植物资源，为我们从事植物学、进化和生态学研究提供特殊平台，也为农作物和牧草育种提供难得种质。.拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为模式植物，目前已经在进化、生理和分子遗传学中研究取得了显著的研究成果，但由于对自然生境下拟南芥的表型变化、遗传差异和种群动态变化的综合研究较少，极大地限制了对拟南芥进化动力和机制的理解。本项目通过连续4年，每年路程四千公里以上，对天山、阿尔泰山9个种群统计学特征调查，完成了项目计划书的研究内容，首次发现该物种天山、阿尔泰山拟南芥种群统计学特征差异较大，种群数量不断地在死亡、补充的动态变化，本地拟南芥一个生长季具有连续种子萌发特征，其中地下种子库对种群维持起到重要作用。进一步研究发现由于拟南芥种群时间上相邻个体之间生长发育存在时滞，所以有效种群不仅在空间还是时间上比文献报道的小。两个地区的拟南芥种群无论表型水平还是分子水平都产生了显著遗传分化，而且个体之间差异明显。总结认为种内变异和种群间分化取决于环境压力、种子库寿命和单个生长季个体之间生长发育时间变异等多种因素权衡，即拟南芥种内变异较以往报道的因素复杂的多。.另外，本项目在种内共存和种群维持理论上有创新性发现，在古尔班通古特沙漠植物多样性研究上积累重要原始数据和种子材料，为今后相关研究奠定了良好基础。本项目发表研究论文8篇，其中SCI检索文章6篇，培养硕士研究生2名，超额完成了项目任务书要求指标。