间断性基因流影响榄李属群体演化的基因组机制

Speciation with gene flow has long been a puzzle of evolutionary biology, and it was becoming a research hotspot in recent years. The researches in mangroves revealed that intermittent gene flow is likely to promote speciation, through a new model of “mixing-isolation-mixing” (MIM). Population evolution precludes speciation, but how intermittent gene flow influences population evolution remains unknown. Our investigations in multiple mangrove species uncovered that the intermittent gene flow through the Malacca Strait allowed admixture between populations isolated by Malay peninsula at different extents. We propose to compare whole genomes of the Lumnitzera sibling species (L. racemosa and L. littorea) at both levels of between species and between populations within species. These comparisons will obtain the patterns of genetic differentiation, gene flow and genetic polymorphism on the whole genome level, which will help to investigate the population evolutionary history of Lumnitzera speciation and population differentiation under intermittent gene flow. In addition, we propose to explore the parameter space under which intermittent gene flow leads to different evolutionary consequences, using computer simulations. This project is expected to reconstruct the evolutionary history of Lumnitzera species, to provide basis for mangrove ecosystem conservation under the threaten of global climate change, as well as to expand the application of the MIM speciation model to population level.

伴随基因流的物种形成是进化领域的一大难题，近年来成了研究热点。以红树植物为模型的研究揭示了间断性基因流可能促进物种形成，并提出了“混合-隔离-混合”（MIM）物种形成新模型。群体演化是物种形成的基础，但间断性基因流具体如何影响群体演化尚不清楚。我们前期在多种红树的研究中发现了经由马六甲海峡的间断性基因流能在不同程度上混合马来半岛两侧原本隔离的群体。本项目拟采用群体基因组方法进行榄李属姊妹种（榄李和红榄李）种间以及种内群体间的全基因组比较，旨在获得其全基因组水平遗传分化、基因流和遗传变异等的分布模式，探索间断性基因流影响下榄李属物种分化和群体分化中这些特征的群体演化历史。同时结合计算机模拟，探索间断性基因流造成不同结果所要求的参数空间。本项目有望还原榄李属植物的演化历史，为全球变化背景下红树林生态系统的保护提供科学依据，并拓展MIM物种形成新模型在群体水平的应用。

群体演化是物种形成的基础。在本项目中，我们结合三代单分子实时测序（SMRT）和二代Illumina测序技术完成了榄李Lumnitzera racemosa、红榄李Lumnitzera littorea和它们陆生近缘物种小翅风车子Combretum micranthum的全基因组测序和组装。发现榄李和红榄李基因组较大(1443 Mb和1317Mb)，未经历全基因组复制且重复序列含量很高。这些特征与多个主要红树类群的基因组特征差异极大，表明红树植物有多样化的基因组机制以适应潮间带。比较榄李和红榄李基因组发现了86个染色体倒位，包括5个长达6.5-12.8Mb,部分位于倒位内的基因可能跟花色差异有关，因此染色体倒位可能促进榄李和红榄李的物种分化。木果楝属三个物种的全基因组测序和比较分析证明了其祖先适应了沿海陆地环境，是对潮间带环境的预适应。通过Illumina二代测序技术测定了18个印度西太平洋地区桐花树群体样本，绘制了桐花树群体分化地理分布格局，通过计算机模拟发现在历史上海平面变化中南中国海南部群体经历了瓶颈效应，进而与邻近的南中国海北部群体发生显著遗传分化。我们测定了16个白骨壤群体，发现白骨壤显著分化为三个亚种，三个亚种群体水平的遗传多样性明显不同，并且基因组上不同位点的遗传分化水平分布极不均匀，仅少数位点可以清楚地区分三个亚种，计算机模拟发现亚种间存在明显的基因流，基因流抹平了大部分基因组区域的遗传分化，保持显著分化的区域可能对亚种的分化作用关键。该项目阐明了榄李属红树植物适应潮间带和物种分化的演化历史，揭示了物种分化过程中群体水平遗传分化在基因组的分布模式及基因组高分化区对物种形成的关键作用。

内容获取失败，请点击重试