结合基因组和表型分析解析亚热带森林树种麻栎群体的适应性分化

理解物种遗传分化产生的过程和机制是进化生物学长期关注的核心问题。通常遗传分化由中性因素和选择作用引起。例如，地理阻隔，物种扩散能力等中性因素会引起群体的片段化，从而产生地理隔离(IBD, isolation-by-distance)。气候动荡使得多数物种具有冰期避难所，不同的避难所彼此间相对孤立，促进了群体间的遗传分化，从而产生祖先隔离 (IBC, isolation by colonization)。除此以外，物种占据不同的生态环境，生境隔离(IBE, isolation-by-environment)使得不同生态环境中群体之间的基因流会受到自然选择和本地适应的限制，从而导致遗传分化。然而以往的研究手段往往很难区分选择和种群历史等中性因素对遗传分化所起的作用。随着测序技术的进步以及多学科研究手段的结合有望解决这一问题，从而对于理解物种的进化历史，局地适应性，以及预测其应对环境变化的潜力具有重要作用。

协同进化组的研究人员对亚热带分布的森林树种麻栎（Quercus acutissima）分布区的27个群体样本进行了简化基因组测序，获得了高质量的覆盖全基因组8% 区域的55361个单核苷酸变异位点，其中42.7%的位点位于基因区。通过溯祖模型探讨麻栎的分化历史; 利用基因型-环境因子关联分析解析麻栎的生态分化、挖掘发生适应性分化的位点; 同时结合同质园实验获得的麻栎群体的表型变异分析, 通过多变量冗余性分析定量中性因素和自然选择在麻栎遗传分化中的作用。

研究结果表明，麻栎群体分为东部，西部两个大组群，组群间的分化时间大概在更新世晚期，并且随后发生了种群扩张事件。与观察到的遗传分化一致，同质园的表型变异也呈现出苗期生物量分配的东西部分化，并且与降水量显著相关。早于冰期的分化历史和群体扩张事件，以及结合前人的叶绿体单倍型的研究排除了麻栎种群因长距离迁移导致祖先隔离的可能。而针对地理隔离和生境隔离的多变量冗余性分析表明: 地理隔离决定了中性位点10.11% 和选择位点 22.36% 的变异; 环境因子显著影响了选择位点5.16% 及表型性状28.95% 的变异，而对中性位点影响不显著。我们的结果证明，除了地理隔离，生境隔离使得东西部群体之间的基因流受到自然选择和本地适应的限制，从而导致了部分遗传位点和表型的适应性分化。

我们结合同质园实验，应用了多种互补的基因组分析方法，系统解析了麻栎遗传变异格局，群体历史和适应性分化。对我们理解森林树种遗传变异的产生和维持机理有重要意义，对指导麻栎森林经营管理和种质资源利用具有重要价值。此项研究以Combined genotype and phenotype analyses reveal patterns of genomic adaptation to local environments in the subtropical oak Quercus actissima为题发表于Journal of Systematics and Evolution。