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物种形成是进化生物学研究的核心问题之一。松柏类植物是裸子植物中物种最丰富的类群，约600余种，构成了全球约39％的森林，具有十分重要的生态和经济价值。横断山区是全球生物多样性热点地区之一，也是松柏类植物多样性的关键地区。因此对该地区松柏类植物物种形成和适应性进化的研究具有十分重要的意义。华山松是我国中部和西南地区重要的森林树种，也是我国特有种。本研究基于转录组数据首先重建了华山松及其近缘物种的系统发育关系和进化历史。在此基础上，结合群体遗传学、转录组比较分析和生态位模拟等多种方法，探讨地理、生态和遗传等因素在华山松遗传分化和物种形成中的作用。另外，在筛选核基因标记时我们意外发现，与开花时间密切相关的FLOWERING LOCUST(FT)基因不仅存在于被子植物，在裸子植物中也有其直系同源基因，而与以往研究中认为的该基因只存在于被子植物不同。鉴于该基因的重要性，我们进一步对FT所属的PEBP基因家族的进化进行了研究，并探讨了裸子植物FT及其姐妹基因TERMINAL FLOWER1（TFL1）的功能。 1.华山松及其近缘种的系统发育关系和进化历史 我们对分布于我国南部的7种五针松（乔松、华山松、大别山五针松、不丹松、海南五针松、毛枝五针松和华南五针松）23个个体进行了单倍体胚乳的转录组测序，搜索得到5470组一对一的直系同源基因簇(OGs)。基于这些直系同源基因构建的系统发育树显示所有物种均能形成单系（海南五针松仅有一个个体）。除乔松外，华山松与其它5个近缘物种进一步分为两支:第一支包含华山松和大别山五针松，其中华山松的南方个体（云贵高原和川藏地区）和北方个体（秦巴山区）各自聚成一个单系;第二支由华南五针松、毛枝五针松和不丹松组成。由于支持率较低，海南五针松的系统位置不太明确，可能与种间基因渐渗或杂交有关。结合分子钟度量结果，我们推测华山松及其近缘物种的分化与青藏高原东部在中新世的隆升密切相关。在中新世晚期，伴随横断山区一系列高山峡谷的形成，华山松及其近缘物种的祖先群体在该地区分化为南北两大支系。至上新世，大别山五针松—华山松和华南五针松—毛枝五针松两对姐妹种及华山松的南北两个支系也开始分化。上新世末期至更新世气候的反复波动进一步加剧了群体的分化，进而形成现在的地理分布格局。 2.华山松的遗传分化和物种形成 细胞质基因和核基因的群体遗传学分析进一步证实华山松存在显著的遗传分化和群体结构（FST=0.170～0.378，P＜0.001）。华山松南北支系的遗传分化尤为显著，两者共享的核等位基因仅占12.7％-22.6％。另外，两者在等位基因分布、核苷酸多态性和基因杂合度上均有明显差异。基因流分析显示，二者之间存在较低且非对称的基因流。分布区模拟、生态位一致性检验、PCA、ANOVA和MANOVA等多种分析均表明华山松南北支系在生态位上分化显著，其中年温差是主导的一个环境因子。前人移栽实验也已证实华山松的南北支系已产生显著的本地适应。转录组比较分析发现，南北支系固定的差异信息位点占所有变异位点的2.70％，这些差异位点分布在401个(7.33％)分化基因上，推测这些基因可能参与了南北支系的适应性分化过程。综合群体遗传和转录组分析、生态位模拟以及前人种源试验的结果，我们认为华山松的南北支系已处于物种形成过程中。贡嘎山隆升导致的地理隔离对南北支系的初始分化起了重要作用，而其带来的生态效应则进一步加剧了两者的遗传分化。 3.PEBP基因家族的起源和进化 我们对来自57个陆地植物代表类群的515个PEBP基因家族成员进行了系统发育分析。结果显示，裸子植物的三类PEBP基因分别与被子植物的FT、TFL1和MFT聚为一支，表明FT和TFL1的分化发生在种子植物祖先，而不是前人认为的被子植物祖先。为探讨裸子植物FT和TFL1基因的表达模式，我们选取代表裸子植物不同支系和习性的银杏、华山松和粗榧三个物种，采集不同发育时期和组织部位的材料进行了半定量RT-PCR实验。结果发现，裸子植物FT基因主要参与生长节律调控和雌雄球花的发育，而TFL1基因则主要参与雌雄球花的发育。转基因结果表明，裸子植物FT和TFL1基因在生理功能上与被子植物的TFL1基因相似，都具有延迟开花的作用。频繁的基因/基因组重复以及随后的功能分化促进了FT基因在被子植物中的功能多样化。