Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
So sánh sinh địa lý của hai loài thực vật liên quan với phân bố chồng lấp ở châu Âu và những tác động tiềm tàng của biến đổi khí hậu đến sự đa dạng di truyền trong loài của chúng
Tóm tắt
Mục tiêu của nghiên cứu hiện tại là sử dụng phương pháp kết hợp sinh địa lý và mô hình phân bố loài để so sánh lịch sử băng hà của hai loài thực vật có sự phân bố chồng chéo, Orthilia secunda (mầm đông một bên) và Monotropa hypopitys (tổ chim vàng). Phân tích sinh địa lý được thực hiện để xác định sự phân bố của biến đổi di truyền trong phạm vi của mỗi loài và thử nghiệm xem cả hai có tương ứng với "mô hình cổ điển" về sự đa dạng cao ở phía nam, với sự giảm dần đa dạng ở vĩ độ cao hơn, hay liệu O. secunda thích nghi với lạnh có thể giữ lại nhiều biến đổi di truyền hơn ở các quần thể phía bắc. Hơn nữa, việc mô hình hóa phân bố loài dựa trên kịch bản khí hậu tương lai được thực hiện để đánh giá cách các thay đổi trong phạm vi của loài có thể ảnh hưởng đến tổng đa dạng trong loài ở cả hai trường hợp. Mô hình hóa phân bố cổ sinh và phân tích sinh địa lý sử dụng nhiều dấu hiệu di truyền (vùng chloroplast trnS-trnG, ITS hạt nhân và microsatellite cho O. secunda; chloroplast rps2, ITS hạt nhân và microsatellite cho M. hypopitys) chỉ ra rằng cả hai loài đã tồn tại trong suốt Thời kỳ Băng hà Tối đa cuối cùng trong các vùng trú ẩn phía nam. Đối với cả hai loài, phần lớn đa dạng di truyền được tập trung ở những quần thể miền nam này, trong khi những quần thể ở các khu vực phục hồi thường thể hiện mức độ đa dạng thấp hơn, đặc biệt là ở M. hypopitys. Mô hình hóa phân bố loài dựa trên khí hậu tương lai dự đoán sự thay đổi đáng kể trong phạm vi của cả hai loài, với sự mất mát các quần thể miền nam và trung tâm, và khả năng mở rộng về phía bắc cho M. hypopitys ưa ôn đới. Cả Orthilia secunda và Monotropa hypopitys dường như đã tồn tại qua LGM ở châu Âu trong các vùng trú ẩn phía nam. Tuy nhiên, O. secunda thuộc miền bắc đã giữ lại một tỷ lệ lớn hơn của sự đa dạng di truyền trong các quần thể ở phía bắc bên ngoài các khu vực trú ẩn này so với M. hypopitys ưa ôn đới. Với việc mô hình hóa phân bố loài trong tương lai cho thấy sự dịch chuyển về phía bắc và mất môi trường sống phù hợp ở các phần phía nam của phân bố hiện tại của loài, sự tuyệt chủng của các quần thể đuôi sau có di truyền đa dạng có thể có tác động đáng kể đến sự đa dạng trong loài của cả hai loài, nhưng đặc biệt là ở M. hypopitys.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Emiliani C: Quaternary paleotemperatures and the duration of high temperature intervals. Science. 1972, 178: 398-401. 10.1126/science.178.4059.398.
Winograd IJ, Szabo BJ, Coplen TB, Riggs AC: A 250 000-year climatic record from Great Basin vein calcite: implications for Milankovitch theory. Science. 1988, 242: 1275-1280. 10.1126/science.242.4883.1275.
Jansen E, Sjoholm J: Reconstruction of glaciations over the past 6 Myr from ice-borne deposits in the Norwegian Sea. Nature. 1991, 349: 600-603. 10.1038/349600a0.
FAUNMAP Working Group: Spatial response of mammals to Late Quaternary environmental fluctuations. Science. 1996, 272: 1601-1606. 10.1126/science.272.5268.1601.
Hewitt GM: Ice ages: their impact on species distributions and evolution. Evolution on Planet Earth. Edited by: Rothschild LJ, Lister AM. Academic Press, London, 339-361.
Bennett KD, Tzedakis PC, Willis KJ: Quaternary refugia of north European trees. J Biogeogr. 1991, 18: 103-115. 10.2307/2845248.
Bennett KD, Provan J: What do we mean by 'refugia'?. Quaternary Sci Rev. 2008, 27: 2449-2455. 10.1016/j.quascirev.2008.08.019.
Comes HP, Kadereit JW: The effects of Quaternary climatic changes on plant distribution and evolution. Trends Ecol Evol. 1998, 8: 432-438.
Hu FS, Hampe A, Petit RJ: Paleoecology meets genetics: deciphering past vegetational dynamics. Front Ecol Environ. 2009, 7: 371-379. 10.1890/070160.
Harrison SP, Sanchez Goñi MF: Global patterns of vegetation response to millennial-scale variability and rapid climate change during the last glacial period. Quaternary Sci Rev. 2010
Walther GR, Post E, Convey P, Menzel A, Parmesan C, Beebee TJC, Fromentin JM, Hoegh-Gulberg O, Bairlein F: Ecological responses to recent climate change. Nature. 2002, 416: 389-395. 10.1038/416389a.
Parmesan C, Yohe G: A globally coherent fingerprint of climate change impacts across natural systems. Nature. 2003, 421: 37-42. 10.1038/nature01286.
Root TL, Price JT, Hall KR, Schneider SH, Rosenzweig C, Pounds JA: Fingerprints of global warming on wild animals and plants. Nature. 2003, 421: 57-60. 10.1038/nature01333.
Parmesan C: Ecological and evolutionary response to recent climate change. Ann Rev Ecol Evol Syst. 2006, 37: 637-669. 10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110100.
Thomas CD, Cameron A, Green RE, Bakkenes M, Beaumont LJ, Collingham YC, Erasmus BFN, de Siqueira MF, Grainger A, Hannah L, Hughes L, Huntley B, van Jaarsveld AS, Midgley GF, Miles L, Ortega-Huerta MA, Peterson AT, Phillips OL, Williams SE: Extinction risk from climate change. Nature. 2004, 427: 145-148. 10.1038/nature02121.
Foden W, Midgely GF, Hughes GO, Bond WJ, Thuiller W, Hoffman MT, Kaleme P, Underhill LG, Rebelo AG, Hannah L: A changing climate is eroding the geographical range of the Namib Desert tree Aloe through population declines and dispersal lags. Diversity Distrib. 2007, 13: 645-653. 10.1111/j.1472-4642.2007.00391.x.
Gaston KJ: The Structure and Dynamics of Geographic Ranges. 2003, Oxford: Oxford University Press
Vucetich JA, Waite TA: Spatial patterns of demography and genetic processes across the species' range: null hypotheses for landscape conservation genetics. Conserv Genet. 2003, 4: 639-645. 10.1023/A:1025671831349.
Eckert CG, Samis KE, Lougheed SC: Genetic variation across species' geographical ranges: the central-marginal hypothesis and beyond. Mol Ecol. 2008, 17: 1170-1188. 10.1111/j.1365-294X.2007.03659.x.
Hampe A, Petit RJ: Conserving biodiversity under climate change: the rear edge matters. Ecol Lett. 2005, 8: 461-467. 10.1111/j.1461-0248.2005.00739.x.
Hewitt GM: The genetic legacy of the Quaternary ice ages. Nature. 2000, 405: 907-913. 10.1038/35016000.
Taberlet P, Fumagalli L, Wust-Saucy AG, Cossons JF: Comparative phylogeography and post-glacial recolonization routes in Europe. Mol Ecol. 1998, 7: 453-464. 10.1046/j.1365-294x.1998.00289.x.
Hewitt GM: Post-glacial recolonisation of European biota. Biol J Linnean Soc. 1999, 68: 87-112. 10.1111/j.1095-8312.1999.tb01160.x.
Petit RJ, Auinagalde I, de Beaulieu J-L, Bittkau C, Brewer S, Cheddadi R, Ennos R, Fineschi S, Grivet D, Lascoux M, Mohanty A, Muller-Starck GM, Demesure-Musch B, Palme A, Martin JP, Rendell S, Vendramin GG: Glacial refugia: hotspots but not melting pots of genetic diversity. Science. 2003, 300: 1563-1565. 10.1126/science.1083264.
Stewart JR, Lister AM: Cryptic northern refugia and the origins of the modern biota. Trends Ecol Evol. 2001, 16: 608-613. 10.1016/S0169-5347(01)02338-2.
Provan J, Bennett KD: Phylogeographic insights into cryptic glacial refugia. Trends Ecol Evol. 2008, 23: 564-571. 10.1016/j.tree.2008.06.010.
Stewart JR, Lister AM, Barnes I, Dalén L: Refugia revisited: individualistic responses of species in space and time. Proc Roy Soc B. 2010, 277: 661-671. 10.1098/rspb.2009.1272.
Frankham R: Genetics and extinction. Biol Conserv. 2005, 126: 131-140. 10.1016/j.biocon.2005.05.002.
Phillips SJ, Anderson RP, Schapire RE: Maximum entropy modeling of species geographic distributions. Ecol Model. 2006, 190: 231-259. 10.1016/j.ecolmodel.2005.03.026.
Hijmans RJ, Cameron SE, Parra JL, Jones PG, Jarvis A: Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas. J Climatol. 2005, 25: 1965-1978. 10.1002/joc.1276.
Booth GD, Niccolucci MJ, Schuster EG: Identifying proxy sets in multiple linear regression: an aid to better coefficient interpretation. 1994, Research paper INT-470. United States Department of Agriculture Forest Service, Ogden, UT
Govindasamy B, Duffy PB, Coquard J: High resolution simulations of global climate, part 2: effects of increased greenhouse gases. Clim Dynamics. 2003, 21: 391-404. 10.1007/s00382-003-0340-6.
Cantor SB, Sun CC, Tortolero-Luna G, Richards-Kortum R, Follen M: A comparison of C/B ratios from studies using receiver operating characteristic curve analysis. J Clin Epidem. 1999, 52: 885-892. 10.1016/S0895-4356(99)00075-X.
Beatty GE, Provan J: Refugial persistence and postglacial recolonization of North America by the cold-tolerant herbaceous plant Orthilia secunda. Mol Ecol. 2010, 19: 5009-5021. 10.1111/j.1365-294X.2010.04859.x.
Beatty GE, McEvoy PM, Sweeney O, Provan J: Range-edge effects promote clonal growth in peripheral populations of the one-sided wintergreen (Orthilia secunda). Diversity Distrib. 2008, 14: 546-555. 10.1111/j.1472-4642.2008.00469.x.
Bidartondo MI, Bruns TD: Extreme specificity in epiparasitic Monotropoideae (Ericacea): widespread phylogenetic and geographic structure. Mol Ecol. 2001, 10: 2285-2295. 10.1046/j.1365-294X.2001.01358.x.
Klooster MR, Hoenle AW, Culley TM: Characterization of microsatellite loci in the myco-heterotrophic plant Monotropa hypopitys (Ericaceae) and amplification in related taxa. Mol Ecol Resources. 2009, 9: 219-221. 10.1111/j.1755-0998.2008.02386.x.
Provan J, Wilson PJ: Development of microsatellites for the peat moss Sphagnum capillifolium using ISSR cloning. Mol Ecol Notes. 2007, 7: 254-256. 10.1111/j.1471-8286.2006.01572.x.
Beatty GE, Provan J: High clonal diversity in threatened peripheral populations of the yellow bird's nest (Hypopitys monotropa; syn. Monotropa hypopitys). Annals Bot. 2011,
Hall TA: BIOEDIT: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symp Ser. 1999, 41: 95-98.
Provan J, Powell W, Hollingsworth PM: Chloroplast microsatellites: new tools for studies in plant ecology and systematics. Trends Ecol Evol. 2001, 16: 142-147. 10.1016/S0169-5347(00)02097-8.
Clement M, Posada D, Crandall KA: TCS: a computer program to estimate gene genealogies. Mol Ecol. 2000, 9: 1657-1659. 10.1046/j.1365-294x.2000.01020.x.
Pfenninger M, Posada D: Phylogeographic history of the land snail Candidula unifasciata (Helicellinae, Stylommatophora): fragmentation, corridor migration and secondary contact. Evolution. 2002, 56: 1776-1788.
Goudet J: FSTAT, version 2.9.3, A program to estimate and test gene diversities and fixation indices. [http://www2.unil.ch/popgen/softwares/fstat.htm]
Excoffier L, Laval LG, Schneider S: ARLEQUIN, Version 3.0: An integrated software package for population genetic data analysis. Evol Bioinf Online. 2005, 1: 47-50.
Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P: Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics. 2000, 155: 945-959.
Evanno G, Regnaud S, Goudet J: Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Mol Ecol. 2005, 14: 2611-2620. 10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x.
Bermingham E, Moritz C: Comparative phylogeography: concepts and applications. Mol Ecol. 1998, 7: 367-369. 10.1046/j.1365-294x.1998.00424.x.
Schaal BA, Hayworth DA, Olsen KM, Rauscher JT, Smith WA: Phylogeographic studies in plants: problems and prospects. Mol Ecol. 1998, 7: 465-474. 10.1046/j.1365-294x.1998.00318.x.
Thuiller W, Lavorel S, Araújo MB, Sykes MT, Prentice IC: Climate change threats to plant diversity in Europe. Proc Natl Acad Sci USA. 2005, 102: 8245-8250. 10.1073/pnas.0409902102.
Hijmans RJ, Graham CH: The ability of climate envelope models to predict the effect of climate change on species distributions. Global Change Biol. 2006, 12: 2272-2281. 10.1111/j.1365-2486.2006.01256.x.
McKenney DW, Pedlar JH, Lawrence K, Campbell K, Hutchinson MF: Potential impacts of climate change on the distribution of North American trees. Bioscience. 2007, 57: 939-948. 10.1641/B571106.
Dalen L, Nystrom V, Valdiosera C, Germonpre M, Sablin M, Turner E, Angerbjorn A, Arsuaga JL, Gotherstrom A: Ancient DNA reveals lack of postglacial habitat tracking in the Arctic fox. Proc Natl Acad Sci USA. 2007, 104: 6726-6729. 10.1073/pnas.0701341104.
Hill JK, Thomas CD, Fox R, Telfer MG, Willis SG, Asher J, Huntley B: Responses of butterflies to twentieth century climate warming: implications for future ranges. Proc Roy Soc B. 2002, 269: 2163-2171. 10.1098/rspb.2002.2134.
Daniels LD, Veblen TT: Spatiotemporal influences of climate on altitudinal treeline in northern Patagonia. Ecology. 2004, 85: 1284-1296. 10.1890/03-0092.
Parolo G, Rossi G: Upward migration of vascular plants following a climate warming trend in the Alps. Basic Appl Ecol. 2008, 9: 100-107. 10.1016/j.baae.2007.01.005.
Lenoir J, Gegout JC, Marquet PA, de Ruffray P, Brisse H: A significant upward shift in plant species optimum elevation during the 20th century. Science. 2008, 320: 1768-1771. 10.1126/science.1156831.
Jump AS, Matyas C, Peñuelas J: The altitude-for-latitude disparity in the range retractions of woody species. Treends Ecol Evol. 2009, 24: 694-701. 10.1016/j.tree.2009.06.007.