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四川农业大学利用保守的DNA序列揭示了三叶木通种群在青藏高原东缘和中国亚热带地区的进化事件和谱系地理格局

时间:2024-04-28  来源:   作者:董晴  点击数:

三叶木通以其独特的营养价值在市场上备受喜爱,在经济和商业领域展现出重要作用。在近年来构建的“天府森林粮库”战略布局中,三叶木通作为一种重要的木本油料资源,在丰富森林粮库的资源多样性、提升森林质量上具有重要意义。然而,关于三叶木通的物种起源地一直是个备受关注的问题。近日,四川农业大学罗培高教授团队在期刊BMC Ecology and Evolution发表研究论文《Conserved DNA sequence analysis reveals the phylogeography and evolutionary events ofAkebia trifoliatain the region across the eastern edge of the Tibetan Plateau and subtropical China》,研究在三叶木通的物种起源上取得突破性进展。

该研究收集了391份来自中国大陆,且地理空间足够大的三叶木通材料,运用单倍型网络图分析、最大似然系统发育树重建、分化时间估计、种群历史动态分析、祖先分布区重建分析等多元分析方法,对保守的内部转录间隔区(ITS)和叶绿体(rps16)DNA序列进行分析,对三叶木通的居群进行了全面评估。

研究结果显示,ITS数据相较于rps16数据具有更高的变异性,适合作为种内谱系地理学研究的分子标记。三叶木通居群呈现出显著的遗传多样性、遗传分化及明显的谱系地理结构,其起源地指向青藏高原东部,推测在末次冰川-间冰期循环中经历了大规模扩张,并在更新世早期至中期发生分化。随后,该物种沿着河流自西向东进行长距离传播,其广泛分布得益于秦巴山区、南岭山脉和云贵高原三大主要避难所,以及多个冰川时期的小型避难所的保护作用。

图1(a)三叶木通75种ITS单倍型的TCS网络图(b)三叶木通22种rps16单倍型的TCS网络图(c)三叶木通61个居群的采样分布图

研究揭示了三叶木通居群由西向东的长距离迁移过程中,伴随了南北向的小规模、短距离的反复迁移。秦巴山区、南岭山脉和云贵高原三大避难所对当前三叶木通的地理分布格局起到了决定性作用。作者据此推测,三叶木通极有可能以青藏高原东缘为单一的物种起源地,随后到达多个避难所,最终传播至日本、韩国沿海国家。这项研究通过同时考虑和评估众多气候相关生态位以及居群迁徙的影响,有效地调和了冰川收缩与冰川后扩张阶段的差异,削弱了原位生存假说的解释力。

图2(a)ITS单倍型和(b)rps16单倍型序列基于RASP中Bayesian Binary MCMC(BBM)方法的祖先分布区重建图(c)三叶木通的分布区:A、青藏高原东部区域;B、中国中北部区域;C、中国中部区域;D、中国东部区域(d)三叶木通扩张或传播事件推测图

青藏高原东缘与亚热带中国地区,是许多植物物种起源和资源繁盛的多样化生态区域,但长期以来却未得到充分的综合性研究关注。论文揭示了在这两大区域,连续广泛分布的三叶木通种群独特的谱系地理结构,为理解物种演化、分布及响应气候变化提供了新视角。此项研究不仅加深了对特定物种适应气候变化、进行长距离迁移与分布演化的科学认知,也为未来制定更为精准的生物多样性保护策略、应对全球气候变化挑战提供了有力的科学支撑。

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