芍藥屬芍藥組的變異與進化：形態(tài)、染色體和分子證據(jù).pdf

1、芍藥屬Paeonia是芍藥科Paeoniacea內(nèi)唯一的一個屬。包括大約35個種，間斷性的分布于北溫帶地區(qū)。其內(nèi)三個組分別是牡丹組(sect.Mourn)、北美芍藥組(sect.Onaepia)和芍藥組(sect.Paeonia)。芍藥組是芍藥屬中最大，也是唯一具有染色體倍性變化的一個組，現(xiàn)有大約25個種。其中，大約半數(shù)的種是四倍體(2n=20)，主要分布于地中海地區(qū)。雖然有證據(jù)表明四倍體類群大多為異源起源，但芍藥屬內(nèi)一致的核型、相似的

2、形態(tài)和重疊的地理分布使得它們的起源和分類一直存在很大的爭議。本研究利用了4個細胞核DNA片段(乙醇脫氫酶基因—Adh1和Adh2；nrDNA的內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)—ITS；甘油—3磷酸乙酰轉(zhuǎn)移酶基因—GPAT)和4個葉綠體DNA片段(matK基因；基因間隔區(qū)trnL-trnF、psbA-trnH和rps16-trnQ)對芍藥組的網(wǎng)狀進化進行部分重建。并在此基礎(chǔ)上，對推測為雜交起源的P.anomala進行了形態(tài)學和細胞發(fā)生的研究。主要研究結(jié)果如下

3、：
　　 1.芍藥組的系統(tǒng)學
　　 利用多個DNA分子標記(cpDNA：matK,rps16-trnQ；nrDNA：ITS，Adh1，Adh2)，芍藥組的二倍體和四倍體類群的系統(tǒng)發(fā)育被部分重建。基于最大簡約法、貝葉斯法和最大似然法的系統(tǒng)發(fā)育分析表明：
　　 (a)除P.tenuifolia之外，所有地中海地區(qū)分布的二倍體類群構(gòu)成一個單系分支。該支與亞洲分布的二倍體類群以及P.tenuifolia成并系關(guān)系。

4、>　　 (b)核和葉綠體DNA系統(tǒng)發(fā)育樹的不—致，以及ITS、Adh基因的多態(tài)性的分析，表明部分二倍體類群間和四倍體類群間都存在雜交事件。這些類群包括：中國新疆阿勒泰地區(qū)分布的二倍體種P.anomala和P.intermedia(雜種個體XJ053)；高加索地區(qū)分布的二倍體種P.tenuifolia和P.daurica(雜種個體H9933)；土耳其分布的四倍體種P.mascula和P.kesrouanensis(雜交個體在兩個居群中檢

5、測到)。
　　 (c)不一致的核和葉綠體DNA系統(tǒng)發(fā)育樹，以及Adh基因表現(xiàn)出的相同多態(tài)性模式進一步支持早先的推測，即四倍體類群P.arietina是異源四倍體。同時擴大的數(shù)據(jù)分析顯示P.obovata近緣類群為其母系親本，P.tenuifolia近緣類群為其父系親本。此外，形態(tài)上具有一定分化的兩個亞種P.arietina ssp.arietina和P.arietina ssp.parnassica是多次起源。
　　 (

6、d)現(xiàn)今地中海分布類群的近緣種參與了四倍體種P.kesrouanensis和P.coriacea，以及P.wittmanniana和P.mascula的物種形成。依據(jù)Adh序列種內(nèi)的多態(tài)性，初步推測P.kesrouanensis和P.coriacea可能是異源四倍體，其另一個親本與P.arietina母系親本近源。而P.wittmanniana和P.mascula可能是同源四倍體。
　　 (e)P.saueri和P.peregr

7、ina的兩個親本類群分別與P.tenu和lia和現(xiàn)今地中海分布二倍體種的近緣類群。
　　 (f)Adh1基因序列中近緣的重組類型暗示：四倍體種P.macrophylla和P.banatica很可能是同倍性雜種。
　　 2.P.anomala的雜交起源和細胞發(fā)生
　　 P.anomala新疆阿勒泰地區(qū)分布的居群核型第一次被報道。該地區(qū)分布的類群核型為2A型(核型公式：2n=2x=10=6m+2sm+2st)。減數(shù)分

8、裂的觀察統(tǒng)計顯示：阿勒泰地區(qū)所有檢測個體都是臂內(nèi)倒位雜合子?；跀嗥笮∫约安煌瑐€體染色體橋和/或斷片出現(xiàn)率的差異，我們發(fā)現(xiàn)該類群臂內(nèi)倒位存在多態(tài)性。熒光原位雜交(FISH)證實P.anomala共有8個18S rDNA位點，并且定位了一個倒位片段在3號染色體的短臂上。此外，高頻率的棒狀二價體和單價體，以及低的同源染色體的配對系數(shù)說明該類群同源染色體間存在分化。染色體結(jié)構(gòu)雜合能夠?qū)е虏糠只ǚ蹟∮?，所有被檢測個體的花粉敗育率約為8.8-2

9、9.4％。擴大的居群取樣以及多基因(cpDNA：matK.psbA-trnH,rps16-trnQ,trnL-trnF;nrDNA：ITS,Adh1,Adh2，Gpat)的系統(tǒng)發(fā)育分析，進一步支持P.anomala雜交起源于P.veitchii和P.lactiflora的近緣類群。cpDNA片段和核DNA片段(ITS、GPAT)基因樹間的不一致，以及P.anomala Adh1和Adh2序列表現(xiàn)出的多態(tài)性都支持該類群雜交起源的推測。不過

10、，表型分析顯示P.anomala在形態(tài)上偏向于P.veiichii。
　　 3.P.obovata Maxim.四倍體類群的起源
　　 與原先基于形態(tài)性狀的認識不同，P.obovata四倍體類群并不是一個嚴格意義上的同源四倍體。它起源于二倍體P.obovata中國和日本分布的兩個地理亞種之間的雜交。Adh2因僅在中國分布二倍體居群的擴增失敗支持這一推測。此外，Adh基因系統(tǒng)發(fā)育分析顯示：間斷性分布于中國中部和中國東北部的