基于基因数据和GIS方法的青藏高原及其周边地区植物谱系

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青藏高原地区分布着众多的高山植物,新近纪的高原快速隆升和第四纪周期性气候波动深刻影响着植物的现代遗传格局。追溯新近纪以来植物的演化历史正是谱系地理学的研究范畴,而联合多个物种的谱系地理比较分析能够更加全面反映一个地区植物演化与高原隆升和气候变化的关系问题。本研究在总结59种(含属)植物谱系地理格局的基础上,选取青藏高原及其周边地区的37种(含属)代表性植物作为研究对象,利用叶绿体/线粒体基因片段变异数据、物种分布数据和生物气候数据,分析了植物谱系地理的时空格局与物种分布变化,并对10种植物的迁移扩张路线进行模拟,取得如下结论:  1)根据59种(含属)植物的谱系地理格局,主要表现出两种一般谱系地理模式:(1)少数植物(14种植物)在第四纪冰期退却到高原东部边缘的避难所,冰后期回迁到高原面;(2)多数植物(45种(含属)植物)在第四纪冰期存在多处避难所(含微型避难所),冰后期部分种群发生小范围局域性扩张。第四纪冰期避难所主要位于高原东南边缘的横断山脉地区和东喜马拉雅地区,高原内部的三江源区、唐古拉山和拉萨河谷等地区存在微型避难所,西北干旱区的冰期避难所主要位于毛乌素沙地和新疆的天山和阿尔泰山地区。  2)37种(含属)植物具有较高的总遗传多样性和平均遗传多样性,平均值分别为0.759和0.243。面对新近纪高原隆升和第四纪周期性冰期的共同影响,植物谱系地理格局在空间与时间上具有相对一致性。在谱系地理空间格局方面,表现出高原东部边缘种群与高原面种群的最大遗传分化格局,且物种遗传多样性的高值区域主要位于高原东部边缘,包括河湟谷地、松潘高原、横断山脉地区和东喜马拉雅地区,而高原面上的种群具有较低的遗传多样性及较高的遗传相似性;影响物种遗传分化方面,距离隔离(18种植物)和地理隔离(24种植物)均显著影响多数植物的遗传分化格局。在谱系地理时间格局方面,植物主要分支的分化时间发生在上新世至中更新世时期(5.62-0.44 Ma),验证了新近纪以来高原的快速隆升和第四纪冰期促进了物种的遗传分化;植物应对第四纪周期性冰期的反应不同,19种植物或种下分支在最大一次冰期之后发生过种群快速扩张,斯皮尔曼等级相关检验也证明一些物种发生过种群扩张;多数植物的扩张时间主要发生在末次间冰期(0.13-0.07 Ma),少数植物扩张时间发生在末次冰期(0.07-0.01 Ma);物种分布模拟显示,高原东北部种群在末次冰盛期回缩至东部边缘,而其它地区的物种则发生一定程度的扩张,但物种在末次间冰期、末次冰盛期和当前三个时期的分布范围总体变化不大,末次冰盛期对物种分布影响有限。  3)10种植物的迁移路线主要位于低海拔河谷或平坦的高原面。青藏高原及其周边地区可能存在5条迁移路线:(1)在青藏高原东北部,物种从松潘高原开始迁移,沿着洮河流域进入河湟谷地,一支向北至祁连山地区,另一支向西经过青海湖地区,最远到达柴达木盆地;(2)在青藏高原东南部,物种从横断山脉地区开始迁移,向西经过东喜马拉雅地区并沿着雅鲁藏布江河谷直到西藏中西部;(3)在高原内部,耐旱物种从河湟谷地开始迁移,沿着高原面向南经过三江源区、雅鲁藏布江河谷直到西藏中南部;(4)在西北干旱区,甘肃、宁夏和内蒙古西部地区的物种从腾格里沙漠开始迁移,沿着河西走廊向西直到新疆;(5)新疆境内的物种从天山开始迁移,沿着准格尔盆地东缘向北直到阿尔泰山。
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