Repeated expansions and fragmentations linked to Pleistocene climate changes shaped the genetic structure of a woody climber, Actinidia arguta (Actinidiaceae). Botany

摘要

更新世时气候变化对温带植物的遗传结构产生了巨大的影响。在东亚，对广泛分布物种的谱系地理研究仍较缺乏。我们选择广泛分布的猕猴桃科软枣猕猴桃进行研究。基于5个叶绿体基因，我们得到12个单倍型。在秦岭-大巴山脉南北没有共享的单倍型，贝叶斯系统发育树和单倍型网络图同样显示南北分化的格局，表明秦岭-大巴是一个谱系地理间断。分化时间分析显示上新世-更新世时的全球变冷和亚洲内陆干旱导致了软枣猕猴桃的南北分化。在北方，错配分析表明了一次较古老的分布区扩张，亲缘关系近单倍型的离散分布显示了随后的隔离分化。广泛分布的H2单倍型显示了另一次分布区扩张。在南方，东海的海平面上升可能导致了中国和日本种群的隔离。嵌套分支分析同样显示导致现在单倍型分布的主要时扩张和隔离分化。因此，木制藤本软枣猕猴桃的遗传结构是由第四纪气候变化导致的多次扩张和收缩形成的。

文章信息

研究意义

更新世时气候变化对北半球温带植物的分布和分化产生了巨大的影响。东亚是北半球温带植物区系中，植物多样性最高的区域。该区域在更新世没有明显的冰盖形成，且有复杂的地形和气候条件。使得该区域成为研究气候变化对植物分布和分化的理想区域。然而，以往研究中仅包含少量的广泛分布植物。因此，我们选择广泛分布的藤本植物猕猴桃科软枣猕猴桃进行谱系地理研究。

研究方法

我们在34个种群中采集了249个软枣猕猴桃个体。基于5个叶绿体基因，进行了遗传多样性、遗传格局、分化时间和种群历史分析。此外，我们还对软枣猕猴桃的现在、末次冰盛期和末次间冰期的潜在分布区进行了模拟。

结果

在去除了可能为其他猕猴桃属植物基因渐渗的单倍型后，图1显示12个单倍型可明显分为南北两个支系，分化时间位于上新世-更新世交接时。图2的单倍型网络图和图3的遗传结构分析同样显示软枣猕猴桃南北种群存在明显的遗传结构。在图2中，单倍型H2广泛分布。图4显示北方种群经历了一次分布区扩张。图5显示不同时期华北地区的分布都减少；北部种群在冰期时有明显的收缩。

图1 12个单倍型的贝叶斯系统发育树和分化时间分析

图2软枣猕猴桃12个单倍型的地理分布和网络图

图3 软枣猕猴桃所有种群的最可能的遗传分组（K=""9）

图4 所有种群（a），北部种群（b）和南部种群（c）的错配分析图

图5 不同时期软枣猕猴桃的潜在分布区模拟

结论

上新世-更新世后的全球变冷、亚洲内部干旱导致了软枣猕猴桃的首次南北分化，随后的冰期和间冰期交替以及伴随的海平面变化触发了猕猴桃不同区域种群经历的多次扩张和隔离分化等，最终形成现在猕猴桃的遗传格局。