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《浙江大学》 2019年
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基于基因组重测序的银杏种群进化历史研究

殷平平  
【摘要】:正如达尔文所言,“活化石”物种提供了研究物种灭绝、竞争和适应性等进化生物学重要科学问题的绝佳机会。然而,几个世纪以来关于“活化石”是否为进化末端以及人类对“活化石”保存和复兴的作用等问题仍然是未解之谜。银杏(Ginkgo biloba L.)是最古老的“活化石”植物之一,为我们研究人类如何帮助物种传播和复兴提供了一个激动人心的例子。尽管银杏进化历史取得了诸多研究进展,但是仍有一系列问题有待解决,如是否存在更多“避难所”、“避难所”谱系形成的进化过程、种群响应更新世气候变化的动态历史、走出“避难所”和走出中国的历史等。这些问题的解决有助于“活化石”进化末端和人类辅助保育假说的探讨。本研究在课题组前期研究基础上,进一步对全球51个种群545棵银杏大树进行了基因组重测序(数据)和分析,ADMIXTURE遗传分组、邻接树(NJ)法、主成分分析(PCA)法及遗传多样性等分析确定了中国存在4个古老的遗传成分和3个“避难所”谱系(分别位于中国东部、西南部、南部),并获得了物种分布模型(SDM)的支持。基于单个基因组的递次式对偶溯祖法(PSMC)分析和基于多个体基因组的统计模拟(Fastsimcoal2)分析,揭示了更新世气候背景下银杏种群大小经历了至少3次扩张和3次收缩,西南、南部、东部谱系之间的分化时间分别为0.51、0.32 mya,西南谱系和南部谱系扩张后于0.14 mya在中国中北部地区形成了混合孑遗种群(遗传成分比例为28/72)。PCA和IBS(Identity-by-state)遗传距离分析表明,银杏种群通过人类介导的传播走出“避难所”,从中国东部地区经多次传播分布于不同大陆,欧美银杏大树直接源自中国东部而非日本,中国向日本传播的时间早于向欧美的传播。多个遗传谱系在更新世的渐次分化及谱系二次接触、高水平的种群遗传多样性、多次有效恢复种群大小的韧性、冰期-间冰期的大面积连续潜在适宜分布区等一系列证据,有力支持银杏并非进化末端。保护“活化石”物种的原生境或者重新引入适宜生境,特别是在人类的保育努力下,可能会促进“活化石”种群的复兴而避免非正常野外绝灭。本研究不仅为银杏的研究和保护提供了大量基因组资源和全面的进化框架,而且也为其他“活化石”物种的进化历史和保护提供了新的见解。
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