西藏柏木属植物保护遗传学研究及核心种质构建

The plant genus Cupressus belongs to the family Cupressaceae, which has two representative species in Tibet, i.e. C. gigantea and C. torulosa. Both species are excellent germplasms, and possess high ecological and economic values. However, largely due to geographic isolation, extreme climatic condition and anthropogenic disturbance, they are on the verge of extinction. This project aims to investigate the status quo of their natural populations, their population genetics and their responses to future climatic change through an integrated application of botanical, molecular biology and ecological niche modeling approaches. The specific objectives are to: (1) characterize their habitats and botany, create video/image data and prepare herbarium specimens; (2) predict their suitable habitats and low impact areas within Tibet under climatic change scenarios using maximum entropy (MaxEnt) modeling; (3) estimate the level and partitioning of genetic diversity within/among populations; (4) establish their core germplasm. The findings of this project would provide important bases for the formulation of effective conservation strategies and the sustainable utilization of this valuable plant germplasm.

柏木属（Cupressus）隶属于柏科（Cupressaceae），在西藏境内分布有两种，即巨柏（Cupressus gigantea）和藏柏（Cupressus torulosa）。这两种植物具有重要生态和经济价值。由于受到地理分隔、极端气候及人为干扰等不利因素影响，导致此资源濒临灭绝。本项目拟借助植物学、分子生物学、生态位模型等手段，对西藏柏木属植物资源现状、群体遗传学及其对气候变化的响应等方面进行系统研究。主要研究目标包括：（1）鉴定其生境及植物学特征研究，拍摄影像资料及制作腊叶标本；（2）利用最大熵模型预测其当代在西藏地区的适生区分布，并预测其在气候变化背景下的适生区变迁趋势和稳定适生区分布；（3）评估其遗传多样性水平及空间分布格局；（4）构建核心种质。本项目研究结果将为西藏柏木属植物资源的保护和可持续利用奠定基础。

本研究对分布于西藏的柏木属植物资源进行调查和采样分析。主要结果如下：①西藏柏木属植物资源主要分布于藏东南，包括巨柏和藏柏。其植物群落可划分为4个群落类型，各群落的建群种幼龄级个体多而中老龄级少，植株由幼龄级向中龄级过渡阶段死亡率较高，种群呈衰退趋势。②柏木属植物对干旱和低温均有较好的抗性，米林和林芝分布的巨柏抗旱性明显较好，但不同分布区资源对低温的抗性差异不大。③柏木属巨柏和藏柏表型差异明显，且分子水平遗传多样性低，聚类及遗传结构均表明其为两个类群。根据表型及分子数据共筛选出36份核心种质资源。④在全球气候变化背景下，预测了当代西藏柏木属高度和中度潜在适生区主要在西藏山南市和林芝市的部分区域，以及与西藏接壤的尼泊尔部分区域。但在未来不同年代这些适生区将变得不再适宜其继续生存。⑤适宜浓度的ABT溶液中浸泡插穗3 h可促进藏柏和巨柏插穗生根。⑥构建了巨柏和刺柏叶绿体全基因组，并登陆Genbank。综上，由于西藏柏木属资源总体存在量少，种群衰退，遗传多样性低，对气候变化的适应性差，且预测未来可能濒临灭绝，因此建议再加强对西藏柏木属种质资源现状的就地保护，另通过人工繁育扩大群体总量。