寒旱所揭示东亚季风系统对温带荒漠建群种分布

中科院寒旱所 马小飞团队揭示季风气候对荒漠生态影响

ACA的形成和演化是第三纪以来最重要的地质历史事件之一,被认为与青藏高原隆升及现代亚洲季风系统的形成和发育密切相关,但一直以来缺乏大尺度植被数据支持。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃省寒区旱区逆境生理生态重点实验室马小飞团队,从植物分子谱系地理角度,首次揭示了ACA的干旱化过程和亚洲季风系统的演化对于温带荒漠建群灌木红砂(Reaumuria soongarica)的遗传分化和群体动态产生深远影响。该团队通过对广泛分布于ACA地区的老第三纪孑遗植物红砂的现存分布区全面调查,采集了包括腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠、塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、库姆塔格沙漠和柴达木盆地等荒漠区域的34个群体共272个个体样本,利用5个母系遗传的叶绿体基因和一个双亲遗传的核糖体内部转录间隔区片段的序列变异式样,构建红砂的谱系结构,并模拟其群体动态历史和历史分布区变化。

本报讯(记者王进东、刘晓倩)近日,记者从中科院寒区旱区环境与工程研究所获悉,该所研究员马小飞团队发现,亚洲中部干旱区的干旱化过程和亚洲季风系统的演化对温带荒漠建群灌木红砂的遗传分化和群体动态产生深远影响,该成果日前在线发表于《科学报告》。

研究结果表明:大约在3Ma,红砂东西支系开始发生分化,对应于上新世末期青藏高原东北部的剧烈隆升。然而生态位模拟数据揭示,在冰期和间冰期(以LGM和LIG时期为例),红砂生境都发生了显著片段化,说明季风气候对温带荒漠建群植物的种内分化也有重要作用。与西部支系相比,处于东亚冬夏季风交界带的东部支系的有效群体快速增大,说明更新世以来的季风气候回旋加快了这一区域植物的进化速率。另一方面,冬季风方向的母系基因流显著加强,导致柴达木盆地群体呈现遗传混杂现象,群体间遗传分化不符合距离隔离模型,说明地质历史时期冬季风的加强可能为植物的杂交物种形成提供了便利条件。

据马小飞介绍,该研究团队通过对广泛分布于亚洲中部干旱区的老第三纪孑遗植物红砂的现存分布区全面调查,构建了红砂的谱系结构,并模拟了其群体动态历史和历史分布区变化。

该项研究不仅成功梳理了亚洲季风系统对地带性植物进化历史的全面影响,还为理解植物物种形成机制提供了一个新范例,为理解荒漠生态系统对季风气候的响应提供了新的分子数据支持和解析角度。

研究结果表明,大约在300万年以前,红砂东西支系开始发生分化,对应于上新世末期青藏高原东北部的剧烈隆升。然而,生态位模拟数据揭示,在冰期和间冰期红砂的生境都发生了显著片段化,说明季风气候对温带荒漠建群植物的种内分化也有重要作用。与西部支系相比,处于东亚冬夏季风交界带的东部支系的有效群体快速增大,说明更新世以来的季风气候回旋加快了植物的进化速率。另一方面,冬季风方向的母系基因流显著加强,导致柴达木盆地群体呈现遗传混杂现象,群体间遗传分化不符合距离隔离模型,说明地质历史时期冬季风的加强可能为植物的杂交物种形成提供了便利条件。

该项成果受到中国科学院“百人计划”项目及国家自然科学基金项目资助。研究成果发表于Nature出版集团Scientific Reports

《中国科学报》 (2015-11-17 第4版 综合)

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图1 红砂群体采样的地理位置和cpDNA单倍型地理分布状况

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图2 cpDNA单倍型拓扑结构

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图3 有效群体大小动态历史变化

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