种群变异(包括表型变异和遗传变异)及其分化式样是种群遗传学与进化生物学研究的核心内容之一。距离隔离(Isolation by distance, IBD)一直被认为是驱动种群分化的主要因子。近年来,越来越多的研究表明生境异质性引起的局域适应(local adaptation)也会导致种群分化,即适应性隔离(Isolation by adaptation, IBA)o然而,很少有研究同时检验IBD和IBA对种群分化的影响。普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)是亚洲栽培稻的祖先种,广泛分布于亚洲的亚热带与热带区域的相互隔离的湿生或水生环境中,生境中生物因子与非生物因子在种群间存在差异,即生境异质性明显。这种生境异质性是否已导致局部适应性的发生、进而驱动种群分化却没有被研究过。本论文以普通野生稻为对象,通过同质园移栽实验、分子标记检测与高通量测序分析相结合的方法,研究普通野生稻种群表型与遗传变异及分化式样,探讨IBD与IBA在种群分化中的作用,以揭示普通野生稻种群变异分布格局的形成机制。主要结果如下：1)在海南三亚、广东茂名和江苏太仓三地分别建立同质园栽培实验检测了全世界72个种群1102份普通野生稻的表型变异,结果显示不同环境条件下,普通野生稻表型可塑性变化明显。在单个同质园中,普通野生稻种群的表型表现出与其来源地环境气候因子相关的变化式样。典型相关分析(CCA)发现株高、生物量与始花期是表型分化受环境影响最为显著的性状；相关性分析发现始花期、株高与年均温相关(r=0.638,r=0.675；p<0.05),繁殖性状如种子总重、单穗重和结实率等分别与等温性、最冷月份低温显著相关。基于气候变量的主成分分析(PCA)可以将普通野生稻种群分为三个不同气候区：亚热带季风气候区(SMCR)、热带季风气候区(TMCR)和热带气候区(TCR),其中SMCR种群表型性状与温度因子关系密切,TMCR种群的表型主要受降水量因子影响,而TCR种群的表型则与气候因子无明显关系。种群生长的异速指数在不同气候区间存在差异,提示与当地气候变化相适应的生殖权衡。这些结果表明处于不同气候区的普通野生稻种群的表型变异与环境因子相关,是局域适应性(IBA)的结果。2)使用6个微卫星标记检测全分布区普通野生稻种群的遗传变异式样,发现普通野生稻种群间遗传分化水平较高(Fst=0.362),可分为两个主要的遗传类群(Ruf Ⅰ与Ruf Ⅱ),遗传变异呈东北-西南方向的渐变群式样,与表型变异的分布式样相似,其中RufⅠ主要处于SMCR, Ruf II处于TMCR与TCR. Qst-Fst检验提示始花期存在显著的适应性分化信号。3)使用12个微卫星标记对北缘分布区12个种群的精细(fine-scale)遗传结构、有效种群大小和异交率进行调查,以检测种群遗传变异性。空间自相关分析检测到种群内存在显著空间遗传结构,个体呈聚集分布,精细尺度上IBD作用明显。普通野生稻有效种群大小Ne=35-4560,与种群的实际大小显著相关(r=0.969,p<0.01),说明生境的相对稳定对维持普通野生稻繁殖与进化潜力有着重要作用；交配系统分析显示,种群间异交率存在较大变化(tm=0.053-0.616),与种群的密度显著相关(r=0.807,p＜0.01)；大部分种群都并未检测到瓶颈效应,近期的生境破碎化事件对普通野生稻种群的影响不显著。4)使用79个微卫星标记对北缘分布区的11个普通野生稻种群遗传结构进行了分析,以检测生境破碎化、IBD和IBA对种群分化的影响。结果显示种群间存在显著的遗传分化(Fst=0.343),历史基因流与现代基因流都极其微弱(mhh=0.0002-0.0013,mc=0.007-0.029),IBD对种群遗传分化作用显著；AMOVA与偏Mantel检验发现种群分化与环境因子,尤其是年均温显著相关(r=0.53,p<0.01),意味着发生了IBA。发现11个与基因紧密连锁的SSR标记被检测为特异位点,可能与局域适应相关。这些结果说明历史上长期的地理隔离以及对异质生境的局域适应,即IBD和IBA共同驱动了普通野生稻的种群分化。5)Hdl与Hd3a是水稻光周期调控通路中的关键基因,对9个北缘分布区的普通野生稻种群的Hd1第二外显子区域以及Hd3a上游调控区域序列进行了分析,发现这两段序列核苷酸多态性较低。Hdl在海南WC种群中存在非同义突变形成的特有单倍型,可能影响到花期的改变；Hd3a的序列也存在地理变化的式样,在偏南的FC与PS种群中分别出现独特的单倍型。Hdl与Hd3a的核苷酸变异可能与普通野生稻自然种群的花期地理变异存在一定关联。6)对不同纬度的10个普通野生稻种群的基因组DNA进行高通量重测序和生物信息学分析以检测基因组层面的局域适应印记。结果显示,基因组水平上普通野生稻种群变异表现出渐变式样,热带地区种群分化较早,种群间的遗传分化与纬度梯度相关。位于中国华南地区的亚热带季风气候区的普通野生稻种群可分为南方与北方两个类群；通过100kb的滑动窗比较分析了南北类群的遗传多样性的差异,定位了造成南北群差异的基因组候选区域,鉴定出16610个与南北群分化高度相关的SNPs,这些SNPs中有9804个分布于5796个基因上,其中1989个SNPs分布于1274个基因外显子上。通过对这些基因的注释,发现11个己被克隆和功能注释的与普通野生稻耐冷性和光周期调控相关的基因,提示了局域适应的分子机制,并为挖掘与普通野生稻种群分化相关的基因提供线索。本研究通过解析普通野生稻种群变异的分布格局以及形成机制,揭示了IBD与IBA对种群变异分布格局的影响。对于种群处于离散分布的异质性生境且高度隔离的物种,本文为研究其遗传分化的形成机制提供了思路与方法,具有重要的参考价值。