Phylogeography is the scientific study of the relationship between the geographical distribution patterns of species or populations and their genetic variation. It is an interdisciplinary field that integrates methods and principles from molecular genetics, ecology, evolutionary biology, and geography to explain the spatial distribution of genetic variation, particularly how historical events—such as glaciations, geographic isolation, or population migrations—have influenced these patterns.
The primary objectives of phylogeography include:
Tracing the historical migration routes of species and populations: Analysing genetic data to determine the past geographical distributions and migration pathways of species or populations.
Understanding geographic differentiation within species: Exploring genetic differences among populations within a species across different regions, which are often driven by geographic isolation.
Unveiling the mechanisms shaping species distribution patterns: Investigating how geographical, climatic, and ecological factors influence species distributions and patterns of genetic variation.
Inferring the impacts of past climatic and environmental changes on species distributions: Using genetic data to reconstruct how historical climatic events, such as glacial periods, have affected species distributions and genetic variation.
Phylogeographic studies typically involve collecting molecular samples from specific species or populations, particularly from diverse geographical locations. These samples are then analysed using molecular genetic approaches such as DNA sequence alignment, gene flow analysis, and genetic structure studies. These analyses help elucidate the genetic relationships among populations and reveal how genetic differences have evolved over time and across landscapes.
In this way, phylogeography provides a powerful framework for investigating the historical and evolutionary processes shaping species distributions. Additionally, it plays a vital role in informing biodiversity conservation and guiding the development of effective management strategies.
在泰國南部,盛開著一種嬌小卻驚豔的拖鞋蘭──古德兜蘭 (Paphiopedilum godefroyae)。它的花朵如絲絨般細膩,色彩多變,曾是無數收藏家的夢幻逸品。然而,這份美麗背後,藏著一段鮮為人知的演化故事。
我們的研究揭示,一條狹長的陸地走廊──喀拉地峽 (Kra Isthmus) 在過去數萬年裡扮演了基因屏障的角色,把拖鞋蘭族群分隔為東西兩群。這一地理屏障,數萬年來如同一道看不見的牆,將這些蘭花族群分隔成東西兩群,彼此基因交流極為有限。 這種基因隔離不僅是自然地形的結果,也與當地獨特的氣候和生態密切相關。蘭花依賴於體型微小的食腐蠅授粉,這些小小昆蟲的飛行能力有限,再加上季風風向的影響,讓東西兩側的蘭花難以“跨越”地峽彼此交流。蘭花的種子雖然能隨風飄散,但成功發芽還需特定的共生菌,這進一步限制了它們的擴散。
東側的古德兜蘭族群,因環境穩定,擁有豐富的基因多樣性;然而喀拉地峽西側的族群長期面臨非法採集和棲地破壞的威脅,由於當地歷史,如古代王國的農業擴張和殖民時期的礦業開發,飽受人類活動與氣候劇變影響,數百年前經歷了族群瓶頸效應,如今基因多樣性明顯降低,生存岌岌可危。
沙冬青是東亞沙漠中唯一一種常綠闊葉植物,能夠頑強的承受攝氏40度的酷暑與零下30度的嚴寒。隨著氣候變遷的加劇,這個獨特的物種將遭遇更加炎熱的夏季高溫與更嚴寒乾旱的冬季氣候。我們透過分析沙冬青族群的基因組數據,找出了影響沙冬青適應能力的關鍵基因,發現一些與氣溫和降水相關的基因在極端溫差和乾旱條件下表現出獨特的適應性,這些基因被視為沙冬青面對氣候變遷的重要“武器”。我們也預測了沙冬青最適合生存的地區集中在內蒙的中東部與西北部,並劃出數個種子和繁育區域 (seed and breeding zones),這些區域既考慮到當地的氣候條件,也結合了基因適應性的差異,為沙冬青的繁殖和遷移提供了科學依據。這項研究提出了一種新穎的保育方法──適應性管理單元 (Adaptive Units)。與傳統方法不同,這種策略不僅關注物種的遺傳多樣性,還將重點放在基因與氣候的匹配上,以確保植物能夠在氣候快速變遷的背景下生存。我們的研究建議未來可以通過輔助遷移 (assisted migration) 的方式,將適應性更強的沙冬青族群引入相對應的合適棲地,幫助沙冬青因應不斷變化的環境挑戰。
本研究探討了台灣特有的錐果櫟 (Quercus longinux) 如何適應氣候變遷以及其脆弱性。我們使用景觀基因組學方法,分析了從台灣錐果櫟26個分佈區域收集的樣本。研究包含基因組資料 (1,933個SNPs) 和表型特徵,並利用主成分分析 (PCA)、冗餘分析 (RDA) 等統計方法,探討環境變異與遺傳結構之間的關聯。此外,研究還藉由生態棲位模型 (ENM) 和遺傳補償分析 (Genetic offset analysis),預測氣候變遷下的遺傳脆弱性。我們在此研究中特別關注南部邊緣族群的保育遺傳策略。通過景觀基因組學分析和表型數據,我們辨識出三個遺傳群體,並發現多種與抗旱和抗凍相關的基因受到天擇的影響。研究顯示,春季低降水量、年均低溫等環境壓力驅動了遺傳變異。尤其是南部邊緣族群,由於面臨較高的氣候變遷風險,可能在未來遭遇更大的生存挑戰。這些發現為保育策略和遺傳多樣性管理提供了科學依據。
這項研究探討了台灣的台東蘇鐵 (Cycas taitungensis) 和琉球群島的蘇鐵 (C. revoluta) 這兩種相似植物的分化。這兩種植物看起來很像,但它們在地理上是分開的,這使得研究者難以確定它們是否真的是不同的物種。過去,由於只用了少量的遺傳標記和樣本,以及不完全的形態比較,對這些植物的分類和演化的理解存在誤解。在我們的研究中收集了更多的樣本,並使用了基因組內的單核苷酸多態性 (SNPs) 來深入分析。結果發現,儘管這兩種植物在遺傳上有些差異,但它們之間的基因流動非常活躍,特別是透過跨海洋的無性繁殖散布和花粉流動驅動的持續基因流。這種持續的基因交流讓它們的物種界限變得模糊。因此,我們決定將這兩個物種合併為一種。 臉書簡介
全球暖化如何影響臺灣特有植物尖葉楓 (Acer caudatifolium) 遺傳組成和空間分布?透過物種分布模型 (SDM) 和 368 個基因型樣本分析,發現尖葉楓的遺傳多樣性熱點主要集中在山區冰川避難所附近,並識別出北台灣和中央山脈中南部為主要的散布熱點。結果顯示,隨著氣候變化,尖葉楓的分布範圍整體縮減,並出現向海拔更高地區移動的趨勢。遺傳變異與地理距離以及海拔相關的氣候因子有顯著關聯。最北端的山頂棲息群體最為脆弱,而不同地區的主要風險因素各不相同。
大山效應 (Massenerhebung effect) 如何形塑臺灣紅榨楓 (Acer morrisonense) 的遺傳結構?透過分析 200 至 286 個樣本的葉綠體 DNA 和 EST-SSR,結合生態棲位模擬,揭示了花粉和種子傳播的親緣地理模式。研究發現,核 DNA 和葉綠體 DNA 標記顯示的親緣地理模式不一致,暗示花粉流動自由,而種子傳播則受到空間限制。此外,遺傳模式顯示自全新世以來,臺灣紅榨楓可能從中央山脈避難所向外擴散。大山效應對周邊山脈的基因流動造成限制,導致與中央高山群體相比,遺傳多樣性降低。