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西南区陆岛地貌对地果及其传粉小蜂分化的影响

2021年04月06日  |  点击:次  |

早在洪堡时期,山地的高生物多样性就受到广泛关注,然而其成因仍然是生态和进化领域的研究热点。普遍认为,山地对生物多样性的塑造和维持存在两种机制:一是造山运动的形成的扩散障碍,造成种群间的地理隔离最终导致分化成种,二是历史气候波动尤其是第四纪冰、间冰期的循环,种群周期性的隔离和二次接触驱动物种的形成。我国西南山地生物多样性非常高,且在历史构造运动和气候波动下形成该地区特有的地貌—陆岛地貌。分子生态与进化团队以广泛分布于西南地区地果及其传粉者(图1)为研究对象,揭示其遗传分化,并探讨陆岛地貌对其的影响。前期该团队研究发现地果雄花出现明显的表型变异,且有着显著的地理分布格局(图2),本研究在之前的研究基础上着重关注其专性传粉小蜂,进一步拟解决:

1)地果传粉小蜂种群遗传格局

2)遗传格局与陆岛地貌的关系

3)地果传粉小蜂和地果是否存在协同适应

研究结果发现:(1)线粒体和核基因(微卫星)都揭示地果小蜂存在三个遗传群组(图3),且这三个遗传群组邻域分布(图4)。具体来说,红色群组分布在四川盆地,黄色群组集中分布在横断山脉,蓝色群组分布在云贵高原(图4)。线粒体基因片段(COI)分子定年揭示蓝色群组与其他两个群组的最近共同祖先发生在约5百万年前,而红色与黄色群组的则约在3.53个百万年前,该时间正好分别与青藏高原东缘隆升和横断山脉活跃构造的时间相匹配,间接证明了造山运动促进了地果传粉小蜂的遗传分化(图4)。(2)用物种分布模型模拟地果种群在间冰期,末次盛冰期及当代的分布,能够明显的看到三个区域的地果种群在不同时期的隔离和沿海拔的移动,具体表现为,间冰期和当代位于三个区域的种群相对隔离且都位于高海拔地区,而末次盛冰期则相对连通且分布于低海拔(图56)。该结果进一步证明了在陆岛地貌下,气候波动对地果小蜂种群分布及分化的影响。(3)地果表型分化与其传粉小蜂的遗传格局的地理分布大致匹配(图7),且两者呈现出非随机变化,体现了两者的协同适应。

综上,研究结果对于揭示山地生物多样性的形成和维持机制提供理论依据。

研究结果发表在Molecular Ecology 202029: 762-782)上。

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1 地果(左)及其传粉小蜂(右)

 

 

 

 

苞片口型         果腔散布型

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雄花序不同表型的地理分布

2 地果雄花序的表型及其分布

 

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3 COI(左)、ITS(中)基因单倍型网络图和核微卫星遗传分组(右)

 

 

4 COI贝叶斯树(左)和各遗传群组地理分布(右)

 

 

5 间冰期(左上)、末次盛冰期(右上)及当代(左下)模拟地果种群分布

 

6 地果模拟的最适分布区在不同时期的经、纬度和海拔分布箱体图

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7 地果小蜂遗传群组及其宿主表型变异的地理分布

 

 


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