Historical Genetic Divergence and Gene Flow Patterns Between Island (Taiwan) and Mainland (China) Populations of Fagus hayatae

摘要

臺灣⽔⻘岡（Fagus hayatae） 為冰河期孑遺的落葉喬⽊， 呈臺灣島與中國⼤陸之不連續分佈。 本研究利⽤核微衛星（nSSR） 與葉綠體DNA（cpDNA） 標記， 分析9個原⽣種群（共249個樣本） 的遺傳多樣性與系統地理學歷史。 結果顯⽰， 臺灣島嶼族群具有較⾼的遺傳多樣性， 但伴隨極⾼且顯著的近交係數（FIS = 0.96） ， 顯⽰⾯臨嚴重的基因漂變與天然更新限制。 系統發育重建顯⽰， 臺灣銅⼭（TS） 譜系為最早分化的分⽀（約44.61 Ma） ， ⽽其他臺灣譜系則在⼤約8.36 Ma前與⼤陸分化， 與臺灣島的板塊隆升時間相吻合。 兩地間的歷史基因流極度受限。 基於其獨特的演化歷史與⽣存威脅， 本研究建議將臺灣族群（特別是TS譜系） 列為獨⽴的「演化顯著單元（ESU） 」， 並採取緊急的就地保護措施。

關鍵字： 臺灣⽔⻘岡、 遺傳多樣性、 系統地理學、 進化顯著單元、 近交衰退

方法與執行步驟

本研究採取跨區域的系統性採樣與多分⼦標記技術， 執⾏步驟如下：

1. 樣本採集與地理覆蓋： 深⼊臺灣（銅⼭ TS、 北插天⼭ PCTS、阿⽟⼭ AW共3個種群）與中國⼤陸（浙江、 湖北、 四川共6個種群） 的險峻原⽣棲地， 採集共249份臺灣⽔⻘岡組織樣本(圖1)
   
2. 雙分⼦標記實驗：篩選出10個具⾼度多態性的核微衛星（nSSR） 位點， 對184個⾼品質DNA樣本進⾏PCR擴增與分型； 同時對所有249個樣本的葉綠體基因組atpB-rbcL基因間區域進⾏定序。
3. ⽣物資訊與群體遺傳分析： 使⽤GenAlEx與DnaSP軟體計算等位基因豐富度與核苷酸多樣性。透過STRUCTURE進⾏⾙葉斯聚類分析， 並利⽤SAMOVA評估地理隔離效果(圖2)
   
4. 時空演化歷史重建：使⽤BEAST軟體基於cpDNA變異估算譜系分化時間並繪製分⼦鐘校正譜系樹(圖3)，透過RASP進⾏祖先地理成分重建，判別隔離分化與擴散事件
   

創新作為與跨域合作

⾸創結合⺟系遺傳cpDNA與雙親遺傳nSSR標記， 並以分⼦鐘校正譜系樹精準呈現⼦植物從中新世⾄今的完整時空演化軌跡。 聯合臺灣國⽴中⼭⼤學、 林業試驗所及⼤陸廣西師範⼤學、 泰國⾺希竇⼤學等機構， 建⽴起最完整的遺傳資料庫。

預期成果與貢獻

重新界定臺灣島嶼族群為獨⽴「演化顯著單元（ESU） 」， 特別是⾼度分化的銅⼭（TS） 古⽼譜系， 為政府制定精準分區保育政策提供科學依據。 ⾸度揭露臺灣種群極⾼近交（FIS =0.96） ， 為未來⼈⼯授粉與棲地復育提供實踐⽅向。 成果發表於《植物科學前沿》（Frontiers in Plant Science）