七筋菇植物遺傳多樣性與分子系統(tǒng)地理學(xué)研究.pdf

1、七筋菇種群的遺傳多樣性及分子系統(tǒng)地理學(xué)研究王祎玲指導(dǎo)教師：趙桂仿教授(西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，西安，710069)摘要七筋菇(ClintoniaudensisTrautv.etMey.)屬百合科黃精族七筋菇屬(ClintoniaRaf.)多年生草本植物，具有二倍體(2n=14)和四倍體(4n=28)兩種細(xì)胞型，且四倍體為同源四倍體。二倍體的分布從中國(guó)西南的云南一直延伸到俄羅斯的濱海邊區(qū)，四倍體除分布在中國(guó)云南及其以西的喜馬拉雅地區(qū)，日本和

2、薩哈林島以外，在陜西南部化龍山北坡中山一帶較窄的范圍內(nèi)也有發(fā)現(xiàn)。由于七筋菇植物不同細(xì)胞型共存，兩種細(xì)胞型的分布區(qū)相鄰或重疊，為我們探討七筋菇種群的遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳分化，多倍體的起源、擴(kuò)散和演化，及其遷移路線提供了理想的天然研究場(chǎng)所。 本文試圖通過(guò)遺傳多樣性和分子系統(tǒng)地理學(xué)兩個(gè)層次的研究，來(lái)認(rèn)識(shí)七筋菇的進(jìn)化歷史，揭示七筋菇多倍體的起源方式，對(duì)進(jìn)一步探討七筋菇種群遺傳變異的空間分布格局、歷史原因及擴(kuò)散提供有力的證據(jù)，為更合理闡釋我國(guó)地

3、質(zhì)歷史變遷及更新世以來(lái)植物的遷居變化提供有價(jià)值的參考。 本文采用ISSR分子標(biāo)記，用15條引物對(duì)七筋菇17個(gè)種群的遺傳多樣性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：七筋菇不同種群的多態(tài)位點(diǎn)百分率P為11.90％-59.52％，總的多態(tài)位點(diǎn)百分率P為98.8％，具有高的遺傳多樣性。Shannon多樣性指數(shù)(0.6903)和基因分化系數(shù)(GsT=0.6944)均揭示出七筋菇種群間存在明顯的遺傳差異，AMOVA分析結(jié)果也顯示遺傳變異主要發(fā)生在種群之間(

4、81.47％)，而不是種群內(nèi)部(18.53％)。七筋菇種群間的遺傳距離從0.0526-0.2777，平均為0.1220，大于同一物種種群間的平均遺傳距離值(0.05)，同樣表明七筋菇種群間的遺傳多樣性存在較大差異。七筋菇種群間的基因流為Nm=0.2200，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般廣布種植物的基因流為(Nm=1.881)。Mantel檢測(cè)顯示種群間的遺傳距離與地理距離之間沒(méi)有顯著相關(guān)性(r=0.2999，P=0.0633)。七筋菇分布范圍廣以及其進(jìn)化

5、歷史是其具有高遺傳多樣性的原因；種群間存在較高遺傳變異可能是由于七筋菇本身的生物學(xué)特性、有限的基因流以及遺傳漂變等原因造成的。七筋菇四倍體種群的遺傳多樣性大致與二倍體種群的遺傳多樣性相當(dāng)(四倍體種群與二倍體種群的遺傳多樣性指數(shù)P，ne，H以及Ⅰ分別是32.94％，1.2787，0.1496，0.2127和24.08％，1.2125，0.1161，0.1664)。這可能是由于同源四倍體種群起源時(shí)間較短，在其種群內(nèi)較難積累更多的遺傳突變；同

6、時(shí)在形成四倍體過(guò)程中，所發(fā)生的種群統(tǒng)計(jì)力(demographicforces)抵消了一部分可以導(dǎo)致高遺傳多樣性因素的力量，導(dǎo)致七筋菇四倍體種群遺傳多樣性與二倍體種群遺傳多樣性相當(dāng)現(xiàn)象的發(fā)生。 對(duì)葉綠體DNA(cpDNA)atpB-rbcL間隔區(qū)序列進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明間隔區(qū)序列全長(zhǎng)為850bp，共檢測(cè)到38個(gè)變異位點(diǎn)，占分析位點(diǎn)總數(shù)的4.50％，其中簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)10個(gè)，單一多態(tài)位點(diǎn)28個(gè)，所有序列變異位點(diǎn)既有轉(zhuǎn)換又有顛換發(fā)生。整

7、個(gè)七筋菇種群?jiǎn)伪缎偷钠骄塑账岵町悢?shù)為6.309，核苷酸多樣性Pi為0.00747，這些差異定義了16種單倍型，單倍型多樣性Hd為0.993，表現(xiàn)出了較高的核苷酸多樣性和單倍型多樣性。七筋菇在其進(jìn)化歷史過(guò)程中有可能增加了遺傳變異在譜系內(nèi)的積累；葉綠體DNA非編碼區(qū)序列受到的功能限制普遍偏低，并且在進(jìn)化上趨于中性，也可以使突變?cè)诿總€(gè)譜系內(nèi)得以保留，導(dǎo)致了七筋菇種群高水平cpDNA遺傳多樣性。 七筋菇大多數(shù)種群具有自己特有的單倍型，

8、只有單倍型H9被共享。種群內(nèi)這種獨(dú)特的遺傳組成可能是由于長(zhǎng)距離的隔離所致的。同時(shí)根據(jù)共生理論，種群之間的隔離將會(huì)由于遺傳漂變而丟失祖先種群的多樣性，最終形成種群內(nèi)不同單倍型的共生現(xiàn)象，如JZG種群內(nèi)有H14、H15兩種共生單倍型。ZKQ和FP種群共享一種單倍型H9，暗示著在這兩個(gè)相鄰的種群間可能有長(zhǎng)距離的遷移事件發(fā)生。小概率事件——長(zhǎng)距離的遷移在七筋菇種群的建群中起著一個(gè)重要的作用。利用MEAG軟件構(gòu)建了七筋菇NJ、MP系統(tǒng)進(jìn)化樹，兩種

9、樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相似，所有單倍型明顯的分成Ⅰ和Ⅱ兩個(gè)單源群，并且Ⅰ單源群位于NJ樹的底部，是相對(duì)古老的類群，Ⅱ單源群中的種群為衍生種群。另外，東北種群由于分化時(shí)間較短及形態(tài)學(xué)上的相似性，不是與其鄰近的種群而是與南部種群形成一個(gè)單源群。NETWORK進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)圖中，所有單倍型形成明顯的A、B兩組，分別以單倍型H6、H9為中心，這種系統(tǒng)地理結(jié)構(gòu)可能是由于種群間有限的基因流、衍生種群與祖先種群分化時(shí)間較短以及奠基者效應(yīng)導(dǎo)致的。 綜合細(xì)胞學(xué)、