基于GIS和生态位模型的西藏红豆杉遗传景观和物种分布格局（英文）

广泛分布于喜马拉雅山脉和我国华南地区的西藏红豆杉频临灭绝,揭示空间遗传结构和物种分布变化对于理解西藏红豆杉的进化过程及其物种保护尤为重要。基于西藏红豆杉48个种群的分子变异数据,利用反距离权重空间差值方法得到遗传多样性和遗传分化分布图,识别出6个遗传多样性和5个遗传分化高值区域,这些重点区域主要位于我国南方的几个山区,这些区域在未来应给予重点保护;基于Monmonier算法识别出4条地理隔离:东喜马拉雅山脉、横断山脉、云南高原和台湾海峡;利用生态位模型模拟三个历史时期的物种分布格局,从末次间冰期至末次冰盛期,物种经历一次向高原西部的面积扩张,这与典型的冰期物种退缩模式不同;末次冰盛期之后,物种面积逐渐缩小,呈现破碎化分布。因此,地理景观特征和第四纪气候波动对西藏红豆杉遗传结构和分布格局影响很大。

景观遗传学:概念与方法

全球变化下的物种栖息地丧失和破碎化给生物多样性保护带来了新的问题和挑战,生物多样性保护必须由单纯的物种保护上升到栖息地景观的保护。景观遗传学是定量确定栖息地景观特征对种群遗传结构影响的一门交叉学科,在生物保护及自然保护区管理方面有巨大的潜力。从生物多样性保护的角度评述了景观结构与遗传多样性的关系,介绍了景观遗传学的基本概念,研究尺度和方法,并对景观遗传学当前的研究焦点及面临的挑战做了总结。

基于景观遗传学的滇金丝猴栖息地连接度分析

结合景观遗传学,应用最小费用距离模型对物种栖息地进行连接度分析,能够为生物多样性保护和自然保护区管理提供更加真实准确及可实践操作的指导。选取滇金丝猴这一珍稀濒危物种,结合景观遗传学,应用最小费用距离模型对其栖息地进行了连接度和潜在扩散廊道分析。并且通过连接度的分析和制图绘制出了更为准确的种群间潜在扩散廊道,确定了受人工障碍影响的廊道及敏感区域。结果表明,研究区内的5个亚群中,仅S3亚群内的5个猴群保持着较好的连接度,总体来说,各亚群内的连接度相对于各亚群间连接度保持的较好。除S3亚群中猴群间的潜在扩散廊道较为理想外,其余种群间的潜在扩散廊道均受人工斑块的影响,多数廊道被人工障碍阻断,或面临即将被阻断的情况,对于滇金丝猴的扩散交流影响较大。敏感区域多集中在中南部的3个亚群间,这些敏感区域应作为景观恢复及保护区规划的重要优先区域。

景观遗传学原理及其在生境片断化遗传效应研究中的应用

景观遗传学是近年来在景观生态学和种群遗传学之间形成的一个交叉领域,强调景观的组成、空间构型和环境梯度对基因流、种群遗传空间结构和局域种群适应的影响。景观遗传学尚未成为一门独立的学科,其理论基础主要来自分子遗传学、种群生物学和景观生态学。现代分子遗传标记技术、遥感和GIS支持下的景观分析和空间统计方法的综合运用是景观遗传学主要研究途径。系统介绍了景观遗传学的基础概念,关键科学问题,基本理论框架,及其与相邻研究领域的关系,综述了景观遗传学最为关注的现实课题——景观碎裂化的种群遗传效应的研究进展,主要涉及生境片断化的遗传效应、不同属性的物种响应、以及生境片断化过程的选择作用等方面。通过采取一种跨尺度的视角,景观遗传学研究显著深化了关于景观碎裂化对生物多样性影响的理解。

电路理论在植物景观遗传学研究中的应用潜力分析

景观遗传学的迅速发展为研究异质性系统中的进化生物学问题提供了新颖的理论和方法。本文以电路理论(circuit theory)在植物景观遗传研究中的应用为主题,系统解析理论框架,明确其核心概念和生态学过程间的映射关系,从研究主题、方法和模型验证3方面综述近十年的相关文献,并在此基础上归纳了该理论的优势和局限性。其优势主要为:(1)可对多条潜在传播路径进行通盘考察并予以比较,有助于鉴别影响连接度的关键区域或廊道;(2)对哈迪-温伯格平衡假设和栅格大小不敏感,保证了模型的适应性;(3)模型要求物种对生境无明显经验积累,特别适合分布区形状不规则,以及连续广泛分布的物种,与许多植物的生物学特点相契合。该理论要求物种具有随机漫游和传播各向同性2个前提条件,限制了生物媒介类植物的适用度。在传播过程具有方向偏好的生态系统中,其应用也需慎重考虑。结合未来发展趋势,本文认为电路理论在植物景观遗传学研究中具有很好的潜力,但还需要依据具体的研究问题、物种习性、空间尺度和系统性质来进行科学的应用。

植物景观遗传学研究进展

植物景观遗传学是新兴的景观遗传学交叉学科的一个重要研究方向。目前植物景观遗传学的研究虽落后于动物,但其在生物多样性保护方面具有的巨大潜力不可忽视。从景观特征对遗传结构、环境因素对适应性遗传变异影响两个方面,系统综述了近十年来国际上植物景观遗传学的研究焦点和研究进展,比较了植物景观遗传学与动物景观遗传学研究在研究设计和研究方法上的异同,并基于将来植物景观遗传学由对空间遗传结构的描述发展为对景观遗传效应的量化分析及预测的发展框架,具体针对目前景观特征与遗传结构研究设计的系统性差、遗传结构与景观格局在时间上的误配、适应性位点与环境变量的模糊匹配、中性遗传变异与适应性遗传变异研究的分隔、景观与遗传关系分析方法的局限等五个方面提出了研究对策。

城市景观格局变化对生物遗传多样性影响的模拟研究——以沈阳市为例

近年来,城市化进程的加快,很大程度地改变了城市生物的生存环境,给物种遗传多样性造成了巨大影响.掌握城市景观布局动态变化对物种多样性的影响,在管理和保护生物工作中意义重大.以1992、2013年Landsat TM的数据为基础,使用GIS平台和遥感技术,对沈阳市20年来城市景观布局变化展开研究,并基于CDPOP景观遗传学模拟方法,分析了20年间沈阳市鸟类遗传多样性的变化.研究结果表明,20年间城市建设用地面积显著增加,而作为鸟类生境与扩散生境的林地和农田面积逐渐减少,并导致了鸟类遗传多样性的降低.在2013年景观格局基础上,修复鸟类生态廊道,并适当提高生境面积,模拟结果发现鸟类的遗传多样性得到显著增加.

景观遗传学的基本理论与方法研究进展

从基本理论、关键问题和研究方法等方面对近年来景观遗传学的研究进展进行了综述,并对景观遗传学的研究和应用前景进行了展望,旨在为景观遗传学在景观管理和生物保护工作中的合理运用提供参考。

景观遗传学中Mantel检验和dbRDA统计方法的对比分析

基于个体的景观遗传学方法已经越来越多地被用来检测小尺度景观对基因交流的影响.基因交流和景观要素通常与地理地形相联系,使得相关研究变得复杂,部分检验,尤其是Mantel检验,通常通过控制地理要素将遗传分化和景观变量联系起来.用模拟的景观来评估在检测阻力隔离时部分Mantel检验和统筹方法(基于距离的冗余分析)的性能,对于每个基于个体的基因交流模拟,描述了生境面积,破碎化对于指标精确度的影响(正确结果的频率).Mantel检验对于生境面积比例较小的景观遗传模拟有着较高的准确性,聚集度越低时准确性越高.统筹方法在检测阻力隔离时总的来说更加准确,在不同的生境比例下均能有一定的准确性.统计方法的结合能为未来的景观遗传模拟的研究提供更高的精度.

山地景观遗传学研究文献综述

山地生态系统是生物多样性分布与保护的热点。山地景观遗传学(Mountain Landscape Genetics)研究在山地景观尺度上野生生物的种群遗传格局及其驱动机制和影响因素,是景观遗传学(Landscape Genetics)的重要分支。山地景观遗传学研究对于深入理解物种的空间遗传结构、形成过程、物种形成与分化机制具有重要意义与价值,同时可以为珍稀濒危物种和山地生物多样性的有效保护与管理提供科学指导。为了更好地掌握目前山地景观遗传学的发展趋势与重点研究问题,为未来生物多样性与山地生态系统的保护管理提供科学参考,基于对Web of Science核心数据库和中国知网数据库的系统检索,全面汇总分析了1999—2020年山地景观遗传学领域发表的192篇英文文献与31篇中文文献。结果显示,该领域自2008年起迅速发展,截至2020年共有46个国家的研究机构发表了山地景观遗传相关研究,研究热点地区包括北美洲的落基山脉、内华达山脉、阿巴拉契亚山脉,欧洲的阿尔卑斯山脉、比利牛斯山脉,以及亚洲的喜马拉雅-横断山脉。研究对象类群涵盖真菌、植物、节肢动物、脊椎动物,其中脊椎动物是研究发表最多的类群,占发表文献总数的62.0%;脊椎动物中,又以对哺乳类(占脊椎动物发表文献总数的52.9%)与两栖类(23.5%)的研究最多。目前主要的研究方向包括:(1)识别山地景观中的基因流路径或阻碍;(2)量化山地景观特征对种群遗传结构时空变化的影响。中国是发表山地景观遗传学文章数量最多的亚洲国家,近十年来相关研究发展迅速,研究类群以植物(占在中国发表文献总数的62.3%)与脊椎动物(35.8%)为主,对脊椎动物的研究中以两栖动物为最多(占所有脊椎动物发文数量的52.6%),研究区域主要集中在喜马拉雅-横断山脉与秦岭。本文进一步对目前山地景观遗传学研究中存在的空缺及未来重点关注问题提出建议。

基于微卫星DNA的神农架川金丝猴遗传结构研究

川金丝猴(Rhinopithecus roxellana)是我国特有珍稀濒危物种,了解其种群遗传结构和关键影响因素,对该物种的保护具有重要意义。以我国分布最东端的湖北神农架川金丝猴种群为研究对象,基于非损伤性DNA技术和微卫星DNA遗传标记等分子生物学方法及景观遗传参数,探讨了神农架川金丝猴的遗传多样性和遗传结构,旨在为川金丝猴的研究及川金丝猴种群的可持续发展提供理论基础。利用12个多态性微卫星位点,在455份川金丝猴粪便样品中,共检测到62个微卫星等位基因;共鉴定出316个不同川金丝猴个体;种群的平均期望杂合度、平均观察杂合度和多态性信息含量分别为0.626、0.559和0.650;群体间的Nei's遗传距离为0.046—0.139,分化系数为0.015—0.046。结果表明与其他地区川金丝猴种群相比,神农架川金丝猴种群具有较低的遗传多样性水平,种群内部存在遗传分化趋势;结合景观参数分析表明地理距离不是影响神农架川金丝猴群体间遗传距离的主要因素,而生境中的灌丛和草地以及人类活动干扰可能是影响川金丝猴遗传交流的主要因素。

广东省中山市五桂山土沉香空间遗传结构

为了解五桂山的土沉香(Aquilaria sinensis)种群空间遗传结构,利用18个微卫星位点对143株胸高直径大于5 cm的土沉香个体基因型进行了检测。结果表明,五桂山土沉香种群的观测杂合度和期望杂合度均为0.534;近交系数为0.000 1,说明五桂山土沉香遗传多样性并不低,且种群处于随机交配状况。空间遗传结构分析结果表明,五桂山土沉香缺乏空间遗传结构,不同遗传背景的个体相互混杂,导致相邻个体遗传差异较大。这可能是五桂山土沉香种群发育过程中自疏所致,也可能是这一地区土沉香为人工种植,而非自然发育形成而造成的。

不仅仅是遗传多样性:植物保护遗传学进展

保护遗传学研究的是影响物种灭绝的遗传因素以及濒危物种的遗传管理,以降低物种的灭绝风险。本文从遗传多样性本身及其对生态系统的影响两个方面介绍了植物保护遗传学的最新进展。根据遗传标记的功能,保护遗传学研究可分为选择中性遗传变异研究和适应性遗传变异两个方面。对于目前主要采用的选择中性遗传标记研究,本文着重介绍了以下方面的最新进展:(1)利用遗传标记进行个体、物种或遗传单元的鉴定,从而有效地设计保护策略,避免在迁地保护中混淆物种,提高保护效率;(2)应重视由于物种自身生殖、扩散等原因造成的隐性瓶颈效应。由于选择中性遗传标记并不能准确反映物种的适应性遗传基础,从适应性遗传变异角度研究濒危物种的进化潜力已成为保护遗传学的研究前沿。大部分相关研究还集中在利用基因组扫描检测受选择的位点,而对功能基因的适应性研究还比较少。景观遗传学旨在解释景观和生境影响下的种群间基因流和遗传多样性格局,这方面研究将会促进我们更多了解种群基因流的地理限制因子和不同景观基质下的种群遗传差异。遗传多样性作为物种的一种属性亦可在一定程度上反馈,并影响生态系统。这提示我们不仅仅是濒危物种,常见物种的遗传多样性及其保护亦很重要。最后,我们从4个方面对保护遗传学研究进行了展望,包括应加强将生态系统各环节联系起来研究遗传多样性,在技术手段上利用多态性更丰富的分子标记,同时强调了对常见物种保护遗传学研究的重要性,并初步分析了我国保护遗传学研究与国际水平的差距,建议加强种群遗传学和进化生物学基础理论的学习。

中国濒危兽类保护遗传学研究进展与展望

我国是全球生物多样性大国,拥有包括大熊猫、金丝猴、华南虎、麋鹿、白鱀豚等特有物种和旗舰物种在内的丰富兽类资源。近几十年来,土地利用模式转变、盗猎、环境污染、气候变化等因素使许多兽类物种面临生存威胁,导致物种遗传多样性丧失。而遗传多样性是生物多样性的基本组成部分,决定了物种和种群能否长期生存。保护遗传学作为保护生物学的一大分支学科,旨在通过遗传学分析探明种群遗传变异和物种濒危的遗传学机制。近40年来,随着研究手段和技术的不断发展,我国兽类保护遗传学在遗传多样性和近交水平评估、景观遗传学、生态遗传学和圈养种群遗传管理等方面都取得了重要成果。然而,未来人类社会发展可能为濒危兽类带来的威胁依然存在,高通量测序等新技术的进一步发展则能够帮助我们更加深入地了解濒危物种和种群遗传适应与濒危机制,从而实现对濒危兽类的有效管理与保护。

人为干扰对神农架川金丝猴连通性及遗传多样性的影响

川金丝猴湖北种群是川金丝猴分布的最东缘,现主要分布于神农架国家公园和巴东自然保护区,其作为单独的管理单元,相对较低的遗传多样性、孤立的遗传状态和较小的种群数量,使得该种群面对环境变化脆弱性高。以神农架为研究区域,首先基于物种分布模型获得川金丝猴移动的阻力图层,利用电路理论分析适宜生境连接度;其次,设置道路和旅游两个人为干扰情景,运用最小费用距离模型与电路理论模型,分析道路和旅游活动对川金丝猴移动路径以及对不同亚群内和亚群间连通性的影响;最后,利用CDPOP软件模拟道路对川金丝猴遗传多样性的影响。结果表明:(1)神农架川金丝猴适宜生境分布较集中,生境斑块间存在多个潜在扩散区域;(2)道路改变了川金丝猴往来于南北生境间的最优路径,旅游干扰对川金丝猴移动路径无明显影响,其干扰主要在于川金丝猴对其具有回避性,回避距离为100 m;(3)道路显著降低金猴岭亚群内的连通性,并显著增加了所有亚群间的移动阻力,旅游活动对亚群内和亚群间的连通性无显著影响;(4)川金丝猴种群在150年内的遗传多样性呈下降趋势,道路的影响将加剧遗传多样性下降的程度。基于以上结果本文提出了针对性的保护建议,对于该物种的保护和其他濒危物种的类似研究具有较强的参考价值和借鉴意义。

景观遗传学及其在湖北钉螺研究中的应用

景观遗传学是一门新兴的交叉学科,该学科的发展为湖北钉螺分子系统地理学和群体遗传分化研究提供了新的研究手段。本文介绍了景观遗传学的产生、概念、研究方法和应用领域,系统分析了景观遗传学研究方法在湖北钉螺分子系统地理学和群体遗传分化研究中的应用进展,阐述了空间分布格局与湖北钉螺遗传分化与变异的相互作用,为湖北钉螺种群遗传学研究提出了新的思路。

基于GIS的青藏高原地区四种高山植物的空间遗传格局

青藏高原地区景观特征影响着高山植物的现代遗传格局。基于叶绿体DNA(cpDNA)变异数据,运用GIS空间插值方法和Monmonier算法,分析了青藏高原地区4种高山植物长花马先蒿(Pedicularis longiflora)、西川红景天(Rhodiola alsia)、窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)和西藏沙棘(Hippophae tibetana)的遗传多样性和遗传分化景观格局。结果表明:在4种高山植物的遗传景观格局中,高值区域主要位于东喜马拉雅-横断山脉地区,每种植物的地理隔离也位于这个地区;Partial Mantel test检测表明,地理隔离均显著影响4种植物种群的基因交流,验证了长期地理隔离造成的种群分化是产生该地区遗传格局的主要原因。