北美云杉GBS群体进化分析案例分享
标题:
Long-distance pollen dispersal during recent colonization favors a rapid but partial recovery of genetic diversity in Picea sitchensis
期刊:
New Phytologist (IF = 7.2)
研究背景:
北半球的树种目前正受到迅速的人为气候变化的影响,它们的分布范围也随之改变。这就提出了一个问题:当树木种群在新区域定植时,它们是如何对选择压力做出快速反应的。北美一种广泛分布的针叶树Picea sitchensis是太平洋沿岸森林的主要组成部分。它通常活到500岁左右,而特殊的树可以活到750岁。关注Picea sitchensis的北部扩张边缘,可以探讨在物种扩张时期遗传结构和多样性是如何发展的,并评估了群体历史在形成既定种群进化轨迹中的作用。
研究材料:
在2013年和2015年,选取了15个采样点,共计639个样本,居群内样本数为12-86个。
主要研究结果:
1)研究长寿生物(如温带树种)的进化是一项挑战,因为它们的世代通常很长。本研究,通过对树龄的估算,准确地重建了不同时期的定植群体,为群体遗传结构及遗传历史的研究提供了条件。树龄显示Seward区域树最古老,树龄向分布区域扩张边缘有递减趋势,但在局部范围内,该模式被打破。
2)群体遗传结构和遗传多样性分析显示,P. sitchensis表现出中等水平的群体分化,Seward区域与其他区域有明显的分化。当K=2和K=3时,Shuyak Island 和Port Chatham显示出混合的血统,表明把群岛和大陆分开的海峡,目前没有产生任何明显的分化模式。等位基因丰度和期望杂合度估计显示,扩张前沿的遗传多样性呈下降趋势,但大陆居群Port Chatham的遗传多样性低于群岛区域,表明群岛居群与其他本区域以外的居群存在联系,可能得益于外来花粉的基因交流。
PCA、STRUCTURE遗传结构分析及遗传多样性分析
3)为了确定现在的区域居群结构模式是如何演变的,本研究分析了400年来Kodiak Archipelago和Seward的居群分化FST,结果显示FST没有显著的变化,可能与树木长寿命有关;此外,等位基因积累曲线表明,数据中存在的大多数等位基因都是在18世纪早期和中期获得的,表明在定植的初期,繁殖个体的低密度有利于外来基因流进入,这对这一时期遗传多样性的恢复产生了积极的影响。P. sitchensis中风媒花粉更倾向于长距离的传播,所以外源花粉流(而不是种子流)是导致等位基因多样性增加的原因。
FST和等位基因数的时间变化
4)预期杂合度(He)和纬度及平均冠龄均没有显著的相关性,群体扩张前沿,遗传多样性并未减小;群岛采样点间的分化系数非常低(<0.1),与在Seward采样点之间的分化系数相似,表明遗传扩张并没有导致景观上的遗传片段化。不同采样点间差异度分析显示,1710年采样点之间的差异明显高于随后几个世纪,表明居群定植后的基因流阻止了最初的遗传片段化的继续。由外来花粉流向本地花粉流的转变,使扩张区域的前部遗传结构发生了均质化。
采样点间两两
FST值的热图及采样点间差异系数的时间变化
参考文献
1. Elleouet J S, Aitken S N. Long‐distance pollen dispersal during recent colonization favors a rapid but partial recovery of genetic diversity in Picea sitchensis. New Phytologist, 2019, 222(2): 1088-1100.
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