DNA條形碼在不同地理分布的云杉屬物種中的應(yīng)用初探.pdf

1、松科云杉屬植物是重要的森林樹種，具有非常重要的經(jīng)濟及生態(tài)價值。共34個物種，主要分布在北半球的寒溫帶、溫帶高山和亞高山地帶，其中8種分布在北美，2種分布于歐洲，其余24 種為亞洲分布。
　　 云杉屬的研究已有200多年的歷史，涉及形態(tài)、解剖、生物化學(xué)、核型、同工酶、RFLP、RAPD等方法，但由于云杉屬物種形態(tài)趨同、雜交頻繁，云杉屬內(nèi)物種關(guān)系，尤其是歐亞分布物種間關(guān)系仍未得到很好解決，野外采集及室內(nèi)標(biāo)本鑒定較為困難。
　　

2、 DNA條形碼的興起與發(fā)展，為云杉屬的研究提供了新的方法與視角。在云杉屬中尋找適合作為DNA條形碼的片段，可以為云杉屬屬內(nèi)種的劃分提供一些參考，為云杉屬的正確引種、栽培、用材等提供切實可靠的依據(jù)。本文對國際推薦的七個葉綠體DNA片段atpF-H、matK、trnH-psbA、psbK-I、rbcL、rpoB、rpoC1在云杉屬中的應(yīng)用進行評價，并另外篩選了兩個基因間區(qū)petA-psbJ和trnS-fM，以探討利用DNA條形碼來鑒定云杉

3、屬物種，乃至裸子植物的可行性，并揭示DNA條形碼在裸子植物鑒定過程中存在的問題。
　　 結(jié)果顯示，rpoC1基因序列峰圖中出現(xiàn)嚴(yán)重套峰現(xiàn)象，并且變異率非常低，因此未對rpoC1進行分析。國際推薦的另外六個DNA片段中，matK長度適中，鑒定能力最強（35.7％）；psbK-I核苷酸多態(tài)性最高，產(chǎn)生的單倍型種類也最多，但因種內(nèi)變異較大，鑒定能力次于matK（25％）；trnH-psbA的鑒定能力與psbK-I相當(dāng)；atpF-H比p

4、sbK-I稍差（21.4％）；rbcL及rpoB最為保守，鑒定能力較低（分別為14.3％和17.9％）。
　　 篩選的兩個葉綠體基因間區(qū)中，petA-psbJ的鑒定能力高于其他任一DNA片段（57.1％），trnS-fM則與atpF-H相當(dāng)（21.4％）。
　　 兩片段組合中，trnH-psbA+psbK-I在國際推薦的片段中鑒定能力最高（50％），其次是matK+trnH-psbA、matK+psbK-I及atpF-H

5、+psbK-I（46.4％），而生命條形碼聯(lián)盟植物工作組推薦的matK+rbcL只有42.9％的鑒定能力。三片段組合中，atpF-H+psbK-I+trnH-psbA鑒定能力最強（60.7％）；四片段組合、六片段組合的鑒定能力均為64.3％。
　　 而petA-psbJ+trnS-fM、petA-psbJ+matK 兩片段組合的鑒定能力高達(dá)71.4％，與所有八個片段組合的鑒定能力相當(dāng)。因petA-psbJ和trnS-fM序列中出

6、現(xiàn)poly結(jié)構(gòu)，需兩端測序，一定程度上影響了其作為DNA 條形碼的可行性，但這兩個片段對云杉屬物種的鑒定能力較高，尤其是petA-psbJ基因間區(qū)。建議matK、petA-psbJ兩個DNA片段可以作為云杉屬葉綠體基因組的候選條形碼。
　　 北美分布物種鑒定結(jié)果比歐亞分布物種要好。北美分布的八個物種在兩片段組合時已經(jīng)達(dá)到100％的鑒定，而歐亞分布物種鑒定率較低，在所有片段組合中仍有40％的物種鑒定失敗。說明北美物種劃分合理，物種

7、成立，也可能與本文多個物種采樣較少有關(guān)。歐亞分布物種始終有8種鑒定失敗，有以下幾種可能解釋：
　　 (1) 葉綠體基因組鑒定能力有限
　　 在petA-psbJ+matK和petA-psbJ+trnS-fM兩種兩片段組合中物種分辨率已達(dá)到所有組合中最大值，在此基礎(chǔ)上增加其他任何片段都不能進一步改善物種鑒定結(jié)果，可能使用葉綠體基因組鑒定云杉屬物種，同其他植物類群的研究一樣存在上限。
　　 (2) 研究材料的采樣策略

8、
　　 研究類群的采樣策略對DNA 條形碼的鑒定能力有明顯影響。理想的DNA 條形碼的采樣策略應(yīng)該具有來自不同居群的5個個體，本文的研究材料有12個物種只有一個個體代表，在完善采樣后，分辨率可能會有所改變。
　　 (3) 云杉屬內(nèi)雜交現(xiàn)象
　　 頻繁云杉屬物種間雜交現(xiàn)象頻繁，屬內(nèi)近緣的物種之間可以很容易地進行雜交，如Liet al.(2010)推測P.purpurea 可能是P.wilsonii 與P.schre

9、nkiana-P.likiangensis 組的雜交物種，導(dǎo)致P.purpurea 與P.wilsonii 共享細(xì)胞質(zhì)基因單倍型，在葉綠體基因組分析中兩物種得不到分辨。
　　 (4) 近期適應(yīng)性輻射
　　 喜馬拉雅－橫斷山區(qū)分布的云杉屬物種P.likiangensis、P.Farrer I、P.spinulosa、P.smithiana、P.schrenkiana 可能由近期適應(yīng)性輻射分化產(chǎn)生，又由于喜馬拉雅-橫斷山區(qū)豐

10、富多樣的地理生態(tài)環(huán)境及特殊的“島嶼式”生境，使得這些物種在形態(tài)和適應(yīng)性上出現(xiàn)明顯的差異，又沒有時間積累足夠的遺傳變異。
　　 (5) 物種太小
　　 亞洲東北部的P.asperata 物種組的五個物種P.asperata、P.crassifolia、P.obovata、P.meyeri、P.koraiensis，及歐洲分布的P.abies、日本的P.Koyamae 形態(tài)上非常相似，在葉綠體基因的樹圖上也聚為一支得不到分辨