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玄参属(Scrophularia Linn.)为玄参科(Scrophulariaceae)模式属,全球约有200–300种,间断分布于欧亚大陆及北美洲的温带地区。玄参属下分为玄参组(sect.Scrophularia)和砾玄参组(sect.Caninae)。砾玄参复合群(Scrophularia incisa complex)是砾玄参组下一次级分支,目前包括砾玄参(S.incisa)、齿叶玄参(S.dentata)和裂叶玄参(S.kiriloviana)、全缘叶玄参(S.integrifolia)四个物种,主要分布在雪水或溪水冲击过的河滩、山谷,湿润的石砾地。其分布范围覆盖中亚-青藏高原-蒙古高原地区,由于其特殊的地理分布,是研究高原荒漠地区植被起源与多样性的一个良好模型。之前有报道基于ITS和cpDNA分子标记对砾玄参复合群进行了谱系地理学研究,由于取样与标记限制,复合群的种间关系未能明确解析,且存在着标记间不一致的研究结果,未能清楚揭示砾玄参复合群的物种形成与谱系地理历史。为进一步揭示砾玄参复合群的进化历史,尤其是中国的复合群物种的系统发育和生物地理过程,本研究利用叶绿体基因组数据与高通量RAD-Tags基因组分子标记技术对分布于中亚、西藏、新疆、青海、甘肃的砾玄参复合群进行物种水平和居群水平的群体遗传研究,解析谱系分化的过程及原因,并利用生态位建模对砾玄参复合群的中国谱系进行当代物种适生区模拟,进一步推测了它们在末次冰期(LGM)及未来(2070s)的物种适生区分布变化。结果如下:1)叶绿体基因组比较分析基于叶绿体基因组序列比较分析砾玄参复合群4个物种的叶绿体基因组特征与系统发育关系。序列包含3个裂叶玄参、2个砾玄参、2个齿叶玄参、1个全缘叶玄参个体,共8个个体。砾玄参复合群叶绿体基因组的长度在152,088 bp至152,868 bp之间,均包含一对反向重复序列区(IR)(25,454-25624 bp),该重复序列由大单拷贝区(LSC)(83,531-84,454 bp)和小单拷贝区(SSC)(17,375-17,940 bp)隔开。每个叶绿体基因组包含115个基因,其中80个蛋白质编码基因,31个t RNA基因和4个r RNA基因。在所有叶绿体基因组中,基因含量,基因顺序,AT含量和IR/SC边界结构几乎相同,仅在IR/SC边界的收缩/扩张区稍有差异,导致基因组长度有所不同。简单序列重复(SSR)分析显示这些叶绿体基因组中最丰富的重复序列是A/T单核苷酸。使用m VISTA软件对8条砾玄参复合群叶绿体基因组序列进行全序列比对分析得到序列相似度为94%。核苷酸多态性分析显示复合群叶绿体组有三个高变异区(Pi>0.02),可用于开发分子标记,用于属内和科内的物种条形码或群体遗传学标记。系统发育分析显示复合群系统树在50%的节点上都得到了最高支持(PP/BS=1/100),中亚的全缘叶玄参处于基部位置,齿叶玄参位于次基部,裂叶玄参与砾玄参为姐妹类群。分歧时间估算结果表明现存砾玄参复合群物种的分化时间为2.47 Ma(95%HPD:0.81–4.5 Ma)。2)基于RAD-seq的SNPs标记本研究对砾玄参复合群的42个群体(278个个体)进行简化基因组建库,利用STACKS v2进行数据处理,共获得4784个高质量SNP位点。主成分分析和遗传结构分析都支持砾玄参复合群的最佳分组为4,分别对应于四个物种的基因池,S.integrifolia与其他三个物种亲缘关系最远,S.incisa和S.dentata亲缘关系最近,且个体间基因流频繁,出现基因池混杂,S.kiriloviana和S.integrifolia基因池较为独立,能较好区分,但也存在着基因交流现象。基因交流分析表明S.integrifolia与S.kiriloviana的基因交流发生在中国谱系分化之前,并使产生基因交流的群体保留在S.kiriloviana中,证明两个物种的基因交流方向是单向的,即S.integrifolia的基因流入S.kiriloviana中。基于最大似然法的系统发育分析揭示中亚的全缘叶玄参处于基部位置,齿叶玄参位于次基部,裂叶玄参与砾玄参为姐妹类群。BEAST推算的砾玄参复合群的分歧时间显示,中亚谱系与中国谱系的分歧时间为6.59 Ma(95%HPD:4.98 Ma–8.27 Ma)。祖先分布区重建显示砾玄参复合群可能起源于中亚。3)生态位建模利用MAXENT对砾玄参复合群的生态位建模结果显示,当代复合群的模拟分布区与实际结果相吻合,并且各物种所得AUC值均显著大于0.9;新疆的裂叶玄参在LGM时期主要分布于天山及阿尔泰山附近区域,间冰期向天山南北两侧扩张;西藏的齿叶玄参在LGM时期主要分布于高原台面的西部,而后受冰后期气候影响逐渐向高原台面的东部迁移扩张;青海甘肃的砾玄参在LGM时期主要分布于青藏高原的东北部,随后分布区向高原的东南部压缩,并向蒙古高原的北部扩张;受温度影响,齿叶玄参在2070s的分布区将与现今相比有明显扩张,裂叶玄参的分布区将略微北移,而砾玄参在中国境内的分布区将明显缩小,在蒙古境内的分布区向西扩散。