基因组学揭示稀有沙地乳草Asclepias tomentosa的深度分化与隐存物种

这篇研究通过整合系统基因组学（Phylogenomics）、群体结构分析（ADMIXTURE）和形态学数据，揭示了分布于美国东南部的稀有乳草Asclepias tomentosa存在三个高度分化的遗传谱系，其中德克萨斯种群因显著遗传差异（FST 0.296-0.357）和独特花冠形态被确立为新种A. tonkawae。研究为隐存物种（Cryptic species）鉴定提供了多证据整合范式，并强调了该发现对沙地生态系统保护的紧迫意义。

　　

基因组学揭示稀有沙地乳草的深度分化与隐存物种

ABSTRACT

整合分类学通过结合基因组学、形态学和生态学数据，在传统分类学依赖形态特征的乳草属（Asclepias）中发现了隐存物种。研究聚焦分布于美国东南部沙地的稀有物种Asclepias tomentosa，其德克萨斯、佛罗里达和卡罗来纳种群呈现显著地理隔离。通过2b-RAD简化基因组测序获得2417个SNP位点，结合最大似然树（ML tree）、群体结构分析（ADMIXTURE）和贝叶斯物种界定模型（SPEEDEMON），证实三个谱系达到物种级分化。

1 Introduction

隐存物种的鉴定是生物多样性研究的核心挑战。乳草属作为北美特有植物，其130个物种中许多存在广域分布或间断分布现象。A. tomentosa在德克萨斯、佛罗里达和卡罗来纳的沙地呈碎片化分布，德克萨斯种群花冠强烈反卷的形态差异暗示潜在分化。研究首次通过基因组数据验证这一假设。

2 Materials and Methods

2.1 采样策略

覆盖5个卡罗来纳、11个佛罗里达和6个德克萨斯种群，共83个个体。采用CTAB法提取DNA，BsaXI酶消化构建2b-RAD文库，Illumina平台150 bp双端测序。

2.2 数据分析

使用RADTYPING和USTACKS进行基因分型，IQ-TREE构建ML树（200次重复+1000次超快自举），SPEEDEMON进行物种界定（ε=10^-3-10^-4），ADMIXTURE分析群体结构（K=1-10），PLINK2计算主成分（PCA），GENEPOP评估F_ST和Reynolds遗传距离（DR）。

3 Results

3.1 系统发育关系

ML树显示德克萨斯谱系（DR=0.35-0.44）与东部种群（佛罗里达vs卡罗来纳DR=0.24）形成深度分化。

3.2 物种界定

SPEEDEMON以100%支持率识别三个独立进化单元。

3.3 群体结构

ADMIXTURE在K=3时CV值最优，对应三个地理集群。PCA前两主成分（累计17.32%变异）完全分离三群体。

3.4 遗传分化

德克萨斯与佛罗里达F_ST=0.357（p<0.01），显著高于乳草属其他物种（如A. syriaca F_ST<0.082）。

4 Discussion

4.1 分类学意义

德克萨斯种群被描述为新种A. tonkawae，其花冠反卷贴附花梗的特征（图6）与A. tomentosa形成固定差异。

4.2 生物地理学

基于风媒种子传播和沙地生境隔离，推测种群分化可能与更新世海平面变化导致的陆桥断裂有关。

4.3 保护启示

A. tonkawae仅分布于德克萨斯Carrizo和Sparta沙地（G1/S1级濒危），面临牧场转化和火灾制度破坏等威胁。

5 Taxonomic Treatment

新种模式标本保存于德克萨斯大学奥斯汀分校标本馆（TEX00044127），命名致敬Tonkawa原住民部落。其关键鉴别特征为：株高55 cm，花冠裂片强烈反卷（10-15×5-7.5 mm），花期4-9月，沙生橡树林特有种。

这项研究为乳草属的隐存多样性研究树立了新范式，同时凸显了沙地特有植物保护的紧迫性。未来需进一步探究佛罗里达与卡罗来纳种群的分化程度及其传粉生态差异。