武漢植物園在薔薇科山莓草屬的生物地理學研究中取得進展
2020-12-06 中國科學院被子植物由於地質歷史的變遷，呈現出多種現代分布格局。高山是生物多樣性最豐富的區域，植物特別是草本往往形成一些高山-北極分布模式，使得它們的分布式樣呈典型的天空島模式。如何理解北溫帶高山，特別是東亞區系中中國-喜馬拉雅植物的進化、遷移和擴散，對探究東亞植物的來源和性質具有重要意義。
中國科學院武漢植物園系統與進化學科組選取具有薔薇科北溫帶高山特徵成分的廣義山莓草開展了親緣地理學研究。在前期形態分類、野外調查的基礎上，系統與進化學科組博士生張華傑在研究員王恆昌指導下，對青藏高原及其鄰近地區多次廣泛取樣，並逐步收集歐洲等地區材料，結合北美已有數據，基於多個葉綠體分子標記，進行了居群的譜系分析。研究顯示，首先，這一廣布的複合群具有較高的遺傳分化和明顯的譜系地理結構，單倍型系統發育和網狀分析表明，三個大的分支中，最早分化出的集中在青藏高原東南，第二支在亞洲廣泛間斷分布，第三支則包含北極歐洲和北美。分子鐘估算山莓草起源於中新世末期，物種的分化集中在第四紀更新世。生態位模型表明物種在寒冷的末次盛冰期經歷了居群的擴張，在氣候相對溫暖的間冰期發生了收縮。青藏高原的譜系較早分化且具有多樣性。物種於第三紀中新世起源，全球氣候變冷時期，向東擴散，通過白令陸橋向北美傳播，向西沿著高山山脈向歐洲擴散，並通過北大西洋路橋向北美傳播，形成一個在北半球的雙向傳播路線，隨後在第四紀的冰期循環期間，經歷居群多次的擴張和收縮。北半球的高山山脈為山莓草提供了冰期的避難所，也為擴張提供了條件。而長距離擴散和地理隔離對其歐亞北美間斷分布產生重要的影響。這一研究比較清晰地揭示我國西南部高山是某些被子植物草本重要的搖籃。最後，作者通過生態位模擬，對物種70年後的維持式樣進行了預測，顯示全球氣候變化格局下，物種在分布區有明顯萎縮的趨勢。
該研究由國家自然基金面上項目和中科院戰略先導A項目資助（grant to王恆昌），副研究員孫延霞協助指導。張華傑為第一作者，馮濤為共同一作。研究成果以Molecular Phylogeography and Ecological Niche Modeling of Sibbaldia procumbens s.l (Rosaceae) 為題發表在期刊Froniters in Genetics上。
圖1: 廣義山莓草單倍型在北半球的地理分布圖
圖2：廣義山莓草單倍型構建系統進化樹，分子鐘估算分化時間。
被子植物由於地質歷史的變遷，呈現出多種現代分布格局。高山是生物多樣性最豐富的區域，植物特別是草本往往形成一些高山-北極分布模式，使得它們的分布式樣呈典型的天空島模式。如何理解北溫帶高山，特別是東亞區系中中國-喜馬拉雅植物的進化、遷移和擴散，對探究東亞植物的來源和性質具有重要意義。
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