地理隔离与全新世气候变化驱动着盐生植物Limonium sinense的南北遗传分化

《BMC Plant Biology》：Geographic isolation and holocene climatic oscillations drive north–south genetic divergence in the recretohalophyte Limonium sinense

　　

摘要

背景

Limonium sinense 是一种具有生态和经济价值的盐生植物，生长在中国的沿海盐碱地带。它在改善盐碱土壤和恢复沿海植被方面发挥着重要作用。然而，由于沿海开发以及栖息地破碎化的影响，该物种的野生种群数量近年来急剧下降。因此，迫切需要阐明其种群遗传和进化特性，以便为制定保护策略提供依据。

结果

本研究采用全基因组重测序技术，分析了来自17个野生种群的170个个体，这些种群涵盖了该物种的整个自然分布范围。共获得了2,558.79 Gb的高质量、无污染的测序数据，并检测到126,690,413个SNP位点。分析结果显示，遗传多样性存在南北差异：南部种群的遗传多样性更高（平均Ho = 0.330，He = 0.296），杂合子比例较高；而北部种群的遗传多样性较低（平均Ho = 0.221，He = 0.258），且存在近亲繁殖衰退的风险。种群遗传结构分析表明，这17个种群可以划分为两个主要的遗传谱系：北部谱系和南部谱系，两者之间有明显的界限；南部种群的祖先组成较为复杂，而北部种群相对较同质。种群间的遗传分化分析与距离隔离模型结合表明，北部种群之间的当代基因流受到限制，而南部种群的遗传分化较弱，基因交换较为频繁。树状混合历史基因流模型未检测到大规模的跨区域基因流事件，仅发现了谱系内的基因流事件：北部谱系内部发生过一次高强度的历史基因流事件，反映了过去的连通性；而在南部谱系内部仅检测到轻微的基因渗入。种群数量动态重建结合全基因组中性测试（Tajima’s D和Fu’s Fs）和折叠位点频率谱（SFS）的结果一致表明，所有种群经历了长期稳定的阶段、全新世气候波动导致的瓶颈收缩以及随后的快速恢复过程，其中南部种群的恢复幅度大于北部种群。全基因组纯合率（ROH）分析进一步证实了北部和南部谱系之间存在不同的近亲繁殖模式。

结论

我们的研究结果表明，该物种的种群可以划分为两个主要的遗传谱系：北部谱系和南部谱系。地理隔离是驱动遗传分化的核心因素。当前的遗传多样性、遗传结构和谱系分布模式主要是由地理隔离、气候波动、人为干扰以及栖息地破碎化的综合作用共同塑造的。基于这些发现，本研究提出了针对不同地区的具体保护策略，为该物种的种质保存和可持续利用提供了理论基础，同时也为研究沿海盐生植物的适应性进化提供了典型案例。