遗传多样性表明，西伯利亚地区的落叶松（Larix spp.）物种数量为两种，而非三种

西伯利亚落叶松种群遗传多样性及物种分类研究。基于六个西伯利亚boreal种群，使用九个nSSR标记分析显示高遗传多样性（平均HE=0.757），存在东西部两个主要谱系，西伯利亚为独立谱系，东部包含高加索和西伯利亚落叶松，接触区存在主动杂交。挑战传统三物种分类，强调需空间显式和更好复制的遗传研究解决分类不确定性。

玛丽娜·A·谢勒（Marina A. Sheller）|乌尔夫·邦特根（Ulf Büntgen）|亚历山大·V·基尔迪亚诺夫（Alexander V. Kirdyanov）|扬·埃斯佩尔（Jan Esper）|玛丽亚·A·塔巴科娃（Maria A. Tabakova）|恩德雷·乔尔吉·托特（Endre György Tóth）|弗拉基米尔·V·库卡尔斯基（Vladimir V. Kukarskih）|阿列克谢·I·科尔莫戈罗夫（Alexey I. Kolmogorov）|阿列克谢·A·伊贝（Aleksey A. Ibe）|塔蒂亚娜·V·苏希赫（Tatyana V. Sukhikh）|塔蒂亚娜·贝布丘克（Tatiana Bebchuk）|娜杰日达·德维（Nadezhda Devi）|奥克萨娜·V·谢尔盖耶娃（Oksana V. Sergeeva）|维多利亚·V·阿加波娃（Viktoria V. Agapova）|克里斯蒂娜·V·阿库利尼娜（Kristina V. Akulinina）|阿尔贝托·阿尔扎克（Alberto Arzac）

俄罗斯克拉斯诺亚尔斯克（Krasnoyarsk）雷舍特涅夫西伯利亚国立科学技术大学（Reshetnev Siberian State University of Science and Technology），邮编660037

摘要

尽管落叶松（Larix spp.）主导了西伯利亚的北方森林，但这一世界上最大的森林生物群落内的物种遗传结构仍知之甚少。本文汇总并分析了来自三个假定落叶松物种（Larix sibirica Ledeb.、Larix gmelinii (Rupr.) Rupr. 和 Larix cajanderi Mayr）的六个北方种群的遗传数据，这些种群分布在俄罗斯北部泰加林地区，经度范围为60至170°E。通过使用九个核微卫星标记（nSSR），我们发现所有种群都具有较高的遗传多样性（平均 H_E = 0.757）和等位基因丰富度（平均 A_R = 9.289）。分析结果显示出两个主要的遗传谱系：一个西部谱系对应 L. sibirica，另一个东部谱系包括 L. gmelinii 和 L. cajanderi。在它们的接触带存在活跃的杂交现象。我们的发现不仅有助于了解欧亚大陆北方森林的生物地理结构和演化过程，还强调了需要进行空间明确且重复性更好的遗传学研究，以解决现有的分类学不确定性。

引言

落叶松（Larix spp.）森林构成了西伯利亚北方森林的主要组成部分（Herzschuh, 2020），在极端环境条件下提供了重要的生态系统服务，如碳封存和生物多样性维护（Schmidt, 1995）。尽管这些树木具有生态重要性，但其分类学仍然存在争议。传统的分类方法基于针叶和球果的形态特征（Barchenkov and Milyutin, 2008），认为西伯利亚主要有三个物种：Larix sibirica Ledeb.（西伯利亚落叶松；分布于西西伯利亚）、Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.（达胡尔落叶松，曾称为 L. dahurica；分布于中西伯利亚）和 Larix cajanderi Mayr（卡詹德落叶松；分布于东北西伯利亚）。然而，关于物种总数及其精确的地理边界仍无共识（Abaimov, 2010），这一问题因广泛的杂交现象而更加复杂（Abaimov, 2010, Bobrov, 1972, Dylis, 1961, Iroshnikov, 2004, Schulte et al., 2022, Semerikov et al., 2007）。例如，一些资料将 L. cajanderi 视为 L. gmelinii 的同义词（Borsch et al., 2020, The Plant List, 2025）。遗传学研究为这一分类问题提供了一些线索：一些研究支持传统的分类（如 Haupt et al., 2024; Larionova et al., 2010），而另一些则揭示了显著的遗传重叠（Oreshkova, 2012, Semerikov and Lascoux, 1999, Zimmermann et al., 2019），这使得明确的物种界定变得困难（Gukov, 1976, Starikov, 1961, Voroshilov, 1982）。

研究中最常被关注的种间杂交复合体是 L. sibirica 和 L. gmelinii，它们杂交产生的后代 L. ^x czekanowskii Szaf.（Abaimov, 2010; Kruklis et al., 1977）表现出中间性状，并且杂种优势现象较少（<5%的个体；Abaimov, 2010）。这一现象凸显了在 Larix 中界定物种边界的挑战，尤其是考虑到生态适应性和表型可塑性进一步模糊了分类关系的情况（Semerikov et al., 2013, Abaimov et al., 2010）。

明确物种边界、描述杂交模式和量化遗传多样性对于制定有效的保护策略和森林管理方案至关重要，特别是在应对气候变化的情况下指导种子采集和恢复工作。微卫星标记（microsatellites）或简单序列重复序列（SSRs）被广泛用于研究遗传多样性和种群结构（Hoshino et al., 2012, Oliveira et al., 2006）。这些短而重复的DNA序列在个体间长度不同，能够提供高分辨率的遗传指纹（Wang et al., 2009）。微卫星可能在染色质组织、重组和基因调控等过程中起中性作用（Garrido-Ramos, 2017, Kashi and Soller, 1999, Li et al., 2004），同时也能反映环境影响（Cohen et al., 2022），因此适用于研究密切相关的分类单元和检测杂交现象（Amyaga and Isaev, 2021, Korpelainen et al., 2010, Sánchez-Robles et al., 2012, Talve et al., 2013, Volkov and Kalko, 2021）。

在本研究中，我们评估了西伯利亚北方森林中三个假定落叶松物种（L. sibirica、L. gmelinii 和 L. cajanderi）六个种群的遗传结构和多样性（每个物种两个种群）。我们结合了传统的树木年轮学技术来确定树木年龄和林分结构，并使用九个核微卫星标记来评估遗传关系和潜在的杂交现象。具体研究问题包括：（i）所研究落叶松种群内部的遗传多样性和分化程度如何？（ii）这些种群之间存在哪些杂交证据？（iii）种群结构是否支持这些物种的分类地位？

研究物种描述

L. sibirica 主要分布于西西伯利亚，经度范围为60º–70ºE至110º–120ºE，其生长环境具有不连续的永久冻土和相对温暖的气候特征（Abaimov, 2010）。其球果长度和宽度在10–50毫米之间，针叶长度为10–58毫米。L. sibirica 的东部边界与 L. gmelinii 的西部边界重叠（Bobrov, 1978）。L. gmelinii 原产于中西伯利亚，具有更强的

树木年龄和生长模式

树木年轮测量和交叉定年结果显示不同地点的树木年龄存在差异，最古老的树木（513岁）位于 CHO（L. cajanderi），最年轻的树木（49岁）位于 YAM（L. sibirica；见图S1和表S4）。平均树木年龄因物种和地点而异：L. sibirica 种群的年龄范围为60 ± 8（平均值 ± 标准差）至112 ± 34岁，L. gmelinii 为191 ± 34至300 ± 55岁，L. cajanderi 为164 ± 22至332 ± 118岁。树木年轮宽度测量显示了不同的生长特征

讨论

我们对西伯利亚北方森林中六个落叶松种群的遗传分析揭示了复杂的遗传多样性和结构模式，这直接关联到长期存在的分类学不确定性。总体而言，我们发现了较高的遗传多样性，并在历史上的接触带发现了明显的杂交证据，表明杂交在塑造这些森林的遗传结构中发挥了重要作用。

结论

通过对俄罗斯北方森林中九个核微卫星标记的分析，我们发现了两个基本特征：高遗传多样性和适度的种群分化。遗传证据挑战了传统的三物种分类法，表明 L. cajanderi 与 L. gmelinii 的基因组差异不足以支持其独立的分类地位。相反，我们的结果支持一个修订后的生物地理模型，即存在两个主要的遗传谱系

未引用的参考文献

(Abaimov and Koropachinsky, 1984, Hrivnák et al., 2017, Koropachinsky and Milyutin, 2011, Kruklis and Milyutin, 1977, Suarez-Gonzalez et al., 2018)

CRediT作者贡献声明

克里斯蒂娜·V·阿库利尼娜（Kristina V. Akulinina）：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。扬·埃斯佩尔（Jan Esper）：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取。奥克萨娜·V·谢尔盖耶娃（Oksana V. Sergeeva）：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。乌尔夫·邦特根（Ulf Büntgen）：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取。维多利亚·V·阿加波娃（Viktoria V. Agapova）：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。亚历山大·V·基尔迪亚诺夫（Alexander V. Kirdyanov）：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。弗拉基米尔·V·库卡尔斯基（Vladimir V. Kukarskih）：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。阿列克谢·I·科尔莫戈罗夫（Alexey I. Kolmogorov）：撰写 –

利益冲突声明

作者声明以下可能构成利益冲突的财务利益或个人关系：阿尔贝托·阿尔扎克（Alberto Arzac）表示获得了俄罗斯联邦科学与高等教育部（Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation）的财政支持。乌尔夫·邦特根（Ulf Buntgen）和扬·埃斯佩尔（Jan Esper）表示获得了欧洲研究委员会（European Research Council, ERC）的财政支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的财务利益或可能影响研究结果的个人关系

致谢

本研究得到了俄罗斯联邦科学与高等教育部（FSRZ-2020-0014）的支持。UB和JE还获得了ERC项目MONOSTAR [AdG 882727]和Synergy-Plague [# 101118880]的资助。