銀杉的分子譜系地理學(xué)研究.pdf

1、銀杉(Cathaya argyrophylla)是中國特有的瀕危裸子植物，孤立分布于我國亞熱帶山地。雖然以往等位酶和RAPD標(biāo)記的研究表明，銀杉群體的遺傳多樣性水平很低而群體間的遺傳分化很高，但迄今對該種群體的動態(tài)變化以及物種的進(jìn)化歷史仍缺乏了解，包括影響群體遺傳結(jié)構(gòu)的因素以及物種可能的避難所等，對如何有效地保護(hù)和恢復(fù)銀杉群體仍缺乏科學(xué)依據(jù)。本文根據(jù)8個核基因片段和2個線粒體片段的序列數(shù)據(jù)，運(yùn)用群體遺傳學(xué)和譜系地理學(xué)方法，探討了銀杉在D

2、NA水平上的多樣性和群體的動態(tài)歷史，探討了影響銀杉特殊的群體遺傳結(jié)構(gòu)的各種因素，并推測了銀杉第四紀(jì)冰期的避難所，對銀杉花粉活力及其變異進(jìn)行檢測。在此基礎(chǔ)上，提出了保護(hù)和恢復(fù)銀杉群體的具體策略和措施。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.核甘酸多態(tài)性和群體遺傳結(jié)構(gòu)
　　 從101個核基因片段中篩選了8個適用于銀杉的片段，對來自四個地區(qū)15個群體共86個個體的胚乳總DNA進(jìn)行了擴(kuò)增和測序。8個核基因座位的平均核苷酸多態(tài)性(θs=0.

3、0022，πs=0.0027)顯著低于其它松杉植物遺傳多態(tài)性的多座位估計(jì)值。四個地區(qū)中，大瑤山(DY)的多態(tài)性最高(θs=0.0026，πs=0.0027)，八面山(BM)最低(θs=0.0014，πs=0.0018)，大婁山(DL)和越城嶺(YC)介于二者之間。大多數(shù)座位內(nèi)的多態(tài)位點(diǎn)間緊密連鎖，座位間的連鎖只在八面山地區(qū)檢測到。AMOVA分析表明顯著性的多態(tài)性比例存在于地區(qū)間(20.05％)和地區(qū)內(nèi)群體間(9.37％)。FST分析也顯

4、示群體間(FST=0.294)和地區(qū)間(FST=0.131-0.319)存在顯著的遺傳分化。推測伴隨著瓶頸效應(yīng)而出現(xiàn)的遺傳漂變及其有限的基因流(Nm=1.2)是導(dǎo)致銀杉群體低水平多態(tài)性和群體間強(qiáng)烈分化的主要原因。
　　 2.譜系地理學(xué)分析
　　 利用2個線粒體片段(nad1和nad4)序列以及高變異量的核2009片段序列對銀杉的譜系地理進(jìn)行了探討。2個線粒體片段的多態(tài)位點(diǎn)組合成3種單倍型，將銀杉分成大婁山(DL)、八面山

5、(BM)以及越城嶺(YC)和大瑤山(DY)3個地區(qū)，地區(qū)間的單倍型完全不同(GST=1.0)，結(jié)合核基因呈現(xiàn)的群體遺傳結(jié)構(gòu)，推測現(xiàn)存銀杉群體至少來源于4個冰期避難所，相當(dāng)于銀杉現(xiàn)存的4個相互隔離的地區(qū)。2009座位上12個變異位點(diǎn)組合成8種單倍型，位于單倍型譜系內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的4種祖先單倍型分布廣泛、出現(xiàn)頻率最高，其它7個核基因座位具有類似譜系結(jié)構(gòu)。遺傳距離和地理距離沒有相關(guān)性，NST(0.138)與GST(0.134)沒有顯著性差異，說明現(xiàn)

6、存的銀杉群體是相對較近的時間內(nèi)片斷化的產(chǎn)物。2009片段分離位點(diǎn)的失配分布(mismatch distribution)呈雙峰和多峰，表明銀杉群體沒有經(jīng)歷近期的擴(kuò)張，與古生物學(xué)研究證據(jù)相吻合。
　　 3.銀杉的基因雜合性和花粉生命力
　　 利用2009和cad兩個核基因片段，采用多胚乳序列法得到總的雜合體比率為64％(2009)和60％(cad)，說明銀杉群體中存在高比例的雜合體。大婁山地區(qū)的雜合體比率是八面山地區(qū)的2倍

7、。銀杉雜合體比率的高低可能與其遺傳多態(tài)性有關(guān)，也可能是自然選擇的結(jié)果。采用TTC染色法對銀杉的花粉生命力進(jìn)行了測定，在干燥低溫條件下銀杉花粉的活力很穩(wěn)定，保存一年后有活力的花粉數(shù)仍高達(dá)80％以上。通過對來自兩個地區(qū)(DY和YC)7個群體共16個銀杉個體花粉活力的測定發(fā)現(xiàn)，銀杉有活力花粉比例高達(dá)93.3％，與其它裸子植物相當(dāng)。花粉活力在地區(qū)間和群體間存在顯著差異，花坪地區(qū)(95.2％)的花粉活力高于大瑤山(91.3％)?；ǚ刍盍υ谌后w內(nèi)個

8、體間差異不顯著。
　　 4.銀杉的進(jìn)化歷史及其保護(hù)
　　 銀杉的低水平的遺傳多樣性和獨(dú)特的群體遺傳結(jié)構(gòu)對我們推測其冰川期避難所提供了重要依據(jù)。本研究在銀杉4個孤立分布區(qū)發(fā)現(xiàn)了彼此不重疊的線粒體單倍型，同時核基因表現(xiàn)出了4個地理群，說明隨著第四紀(jì)冰期氣候的波動和銀杉分布范圍的片段化，原來廣布的群體逐步萎縮，最后被保留在位于西部大婁山(DL)，東部八面山(BM)，中南部越城嶺(YC)和南部大瑤山(DY)4個相互隔離的避難所。

9、銀杉獨(dú)特的群體結(jié)構(gòu)和動態(tài)歷史對進(jìn)一步制定相應(yīng)的保護(hù)措施具有重要參考價(jià)值。由于遺傳多態(tài)性很低，群體又小，幾乎所有現(xiàn)存的銀杉群體都面臨由于隨機(jī)事件導(dǎo)致的物種滅絕。更嚴(yán)重的是，當(dāng)前該物種的適生環(huán)境不斷惡化和片段化，以及異常低的生殖和存活率導(dǎo)致銀杉與其它物種競爭能力很低。因此，除目前采取的原地保護(hù)策略外，遷地保護(hù)應(yīng)給予優(yōu)先考慮。此外，采用傳統(tǒng)的控制授粉策略(在遺傳上有顯著差異的群體間開展人工雜交)是豐富其遺傳多態(tài)性、恢復(fù)衰退群體的可行措施之一。