日本列岛与东北亚大陆间断分布的高多倍体柴桦（Betula davurica）遗传与表型变异比较研究

本研究通过基因组单核苷酸多态性（SNP）、叶绿体DNA（cpDNA）序列和叶片形态学分析，揭示了八倍体柴桦在日本列岛间断种群与东北亚大陆连续种群间的遗传分化模式。研究发现本州岛种群表现出更高的遗传多样性（HE=0.158-0.176）和显著分化（FST=0.011-0.035），而北海道与俄罗斯滨海地区种群遗传相似，挑战了间断种群普遍具有低多样性、高分化的传统认知。

　　

1 引言
柴桦（Betula davurica）作为东北亚冷温带落叶阔叶林的关键树种，其独特的间断分布格局为研究冰期后植物迁移提供了理想模型。日本列岛的本州和北海道种群与俄罗斯滨海地区连续种群形成鲜明对比，这种分布可能源于更新世气候波动导致的海峡形成和栖息地片段化。研究团队通过比较七处日本间断分布种群和三处大陆连续种群的遗传与表型特征，旨在验证"边缘种群具有低遗传多样性、高分化"的经典假说。

2 材料与方法
研究团队在俄罗斯滨海地区（C1-C3）、北海道（H1-H3）和本州（S1-S4）采集了365份样本。采用双酶切限制性位点关联DNA测序（ddRAD-seq）获取SNP数据，流式细胞术确认倍性，并分析trnL-trnF叶绿体DNA序列和叶片形态（傅里叶轮廓分析）。通过POLYGENE软件计算群体遗传参数（H_E、F_ST等），主成分分析（PCA）揭示遗传结构。

3 结果
倍性分析显示140个个体为八倍体（峰值比1/8），与本州种群中发现的非整倍体（1/6-1/7）形成对比。遗传分析揭示：

• 本州种群遗传多样性（H_E=0.167-0.176）显著高于北海道（0.145-0.149）和滨海地区（0.145-0.148）
• 本州与大陆种群分化显著（F_ST=0.011-0.035），而北海道与滨海地区分化微弱（F_ST=0.002-0.009）
• cpDNA序列显示本州种群存在52bp缺失和SSR重复单元差异
• 叶片形态（面积和轮廓）在三地区间无显著分化

4 讨论
本州种群的高遗传多样性可能源于冰期避难所的长期稳定性，而北海道与大陆种群的遗传相似性暗示通过库页岛的近期基因交流。与二倍体欧洲桦木（B. nana）相比，八倍体柴桦表现出更低的遗传分化（F_ST<0.035），这可能归因于多倍体基因组的变异缓冲效应。研究挑战了间断种群必然丧失遗传多样性的传统认知，为理解多倍体植物在片段化景观中的适应机制提供了新视角。未来需通过扩大大陆种群采样，进一步验证南北双迁移路线假说。

作者贡献与致谢
研究由日本学术振兴会（JSPS）资助，团队特别感谢俄罗斯科学院远东分院在样本采集中的支持。该成果为保护柴桦这种具有特殊生物地理意义的树种提供了重要科学依据。