景观遗传学概论.ppt

景观遗传学:景观生态学和种群遗传学的结合 王红芳 杨明博 邬建国 葛剑平 北京师范大学生命科学学院 2007-5-30 提纲 介绍景观遗传学的出现和发展 如何进行进行景观遗传学研究 我们实验室的一些研究 全球变化和景观破碎化 全球变化和景观破碎化 为什么要研究 人类活动导致的景观变化对物种生存和维持的影响？ 在人类占主导的世界里，人如何与各种生物共存？ 景观遗传学的出现 景观遗传学的出现 分子生物学的发展，使得时间上和空间上描述种群的遗传格局成为可能。 成熟的景观研究方法便于描述景观格局和遗传格局的关系。 “景观遗传学是分子种群遗传学和景观生态学的融合。其研究的主要目的是提供微进化过程（比如基因流、遗传漂变、选择）和景观特征间相互作用的信息。” 景观遗传学研究迅速增长 2005 US-IALE 地点：Syracuse, NY，USA 主旨： 介绍景观遗传学中的遗传学背景知识 景观遗传学研究的实例 景观遗传学研究方法的探讨 会议专刊：Landscape Ecology (2006) 21 给景观生态学家和种群遗传学家的建议 与种群遗传学家合作； 清楚遗传数据的含义，特别是中性遗传变异和适应性遗传变异； 注意时间尺度，区分历史基因流和当前基因流； 清楚各种分子标记的遗传方式； 科学假设必须是景观相关的； 选择合适的景观、合适的生物去验证假设； 给景观生态学家和种群遗传学家的建议 加深对GIS这种工具的认识，灵活运用于研究中； 景观方法不仅仅是检测距离对种群遗传的影响； 景观很少是恒定的，实验设计中可以考虑干扰和景观变化的影响； 景观水平的重复性很差，模型模拟对作用机理的阐明很重要； 位点条件的时间和空间变异对数量性状变异同样起着重要的作用； 怎么研究 发现和量化空间遗传格局：遗传标记 寻找空间遗传格局和景观格局的关系 遗传标记和空间遗传格局的描述 遗传标记 遗传标记种类 表型标记 分子标记 蛋白质 DNA 表型标记 容易观察 分辨率低，遗传规律复杂 分子标记:蛋白质 廉价，共显性，容易获得 变异性较低 分子标记:DNA RFLP，RAPD，AFLP，SSR，SNP，… 分子标记的发展和使用情况 遗传标记和空间遗传格局的描述 空间遗传格局（Spatial Genetic Structure，SGS）(具有空间信息的遗传结构) 个体或者种群的定位信息 个体或者种群的遗传组成信息 基因/基因型 遗传多样性 遗传距离 …… 景观格局和空间遗传格局的关系 景观遗传学中两个受关注的话题 距离隔离格局（Isolation by Distance，IBD） 基因流和连接度 距离隔离格局（IBD） 将其作为零假设，检验景观基质对遗传结构的影响 基因流和连接度 历史基因流：种群间基因运动的平均效果 现时基因流：一代的基因流情况，更能反映景观结构和动态的影响 基因流和连接度 我们的研究 研究兴趣 人类活动导致的生境破碎化对物种的影响？ 关注物种 油松（Pinus Tabulaeformis Carr.） 中国沙棘 (Hippophae Rhamnoides L.) 油松自然种群生存现状 油松的自然分布区位于人类活动密集的地区，森林破坏历史悠久。如今，自然更新的油松种群零星孤立的分布在其分布区内； 油松是北方一种主要造林树种，解放后，大量的人工林被引入到油松的原分布区。孤立的天然林被“淹没“在人工种植的油松林中。 问题 对油松这种风媒植物来说，破碎化对其交配繁殖、及物种维持的影响？ 如何评价人工林对天然林的潜在影响？ 城市景观中的油松（北京市） 北京师范大学内油松分布（Google Earth） “油松生境破碎化模型”情况 实验设计 景观基质对花粉流运动的影响 建筑物，其他绿化树木可能会影响油松种群间花粉的扩散 量化景观基质： 中国沙棘 胡颓子科沙棘属植物 特点： 分布广泛 灌木 雌雄异株 风媒传粉 异株授粉兼营养繁殖 外部形态具旱生植物特点 沙棘的自然分布 黄土高原 研究问题 生境破碎化对中国沙棘种群的影响 ？ 实验设计 结语 景观遗传学是一门新兴学科，其理论框架和研究方法仍有待发展； 从关注的问题，研究的基础，目前发展的情况来看，景观遗传学具有强大的科学生命力和应用价值； 欢迎更多的人能参与到景观遗传学的研究中来！ 致谢 感谢“第四届现代生态讲座“组委会 感谢张大勇老师的指导，感谢巫晓华、刘涵等实验室同学的协助，感谢胡仪同学提供部分实验图片。 通过遗传分析反映物种间真实的连接度 景观遗传学 记录项： 空间坐标 种群大小 生长状况 结实状况 移栽情况 周围生境 6 100 4 30-100 7 21-30 15 11-20 50 2-10 11 1（孤立木） 种群数 种群大小 与最近的种群间距至少100米 截至20