紫莖澤蘭的遺傳多樣性及其種群結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、本研究利用分子標(biāo)記技術(shù)從核DNA和葉綠體DNA角度研究了入侵我國的紫莖澤蘭種群的遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)，揭示了入侵我國的紫莖澤蘭種群間可能存在的遺傳變異，并對該雜草在我國的傳播擴(kuò)散路徑進(jìn)行了推測，探討了我國境內(nèi)的紫莖澤蘭入侵來源、入侵路線和方式，為有效控制和阻擊該雜草提供了理論依據(jù)和遺傳背景。主要結(jié)果如下： 1.簡單系列重復(fù)(SSR)在菊科植物中具有一定的保守性。從向日葵基因組DNA中開發(fā)的SSR引物難以在紫莖澤蘭基因組DNA中找

2、到靶標(biāo)系列，兩者間很難找到可共用的SSR引物。 2.ISSR是分析紫莖澤蘭遺傳多樣性的有效分子標(biāo)記。100條所篩選的ISSR引物中有51條在紫莖澤蘭基因組DNA中出現(xiàn)擴(kuò)增產(chǎn)物。含(AG)和(GA)系列的引物大多能在紫莖澤蘭中獲得清晰的擴(kuò)增產(chǎn)物，而含(AT)和(TA)系列的引物卻難以得到目標(biāo)產(chǎn)物；五堿基重復(fù)系列引物和混合基元引物在紫莖澤蘭中未能得到任何擴(kuò)增產(chǎn)物或擴(kuò)增產(chǎn)物彌散，顯示了不同微衛(wèi)星系列在紫莖澤蘭基因組中的分布差異。所篩選

3、的ISSR引物中有20條在不同地區(qū)的紫莖澤蘭DNA樣品中呈現(xiàn)多態(tài)性，其中二堿基重復(fù)系列引物16條，三堿基和四堿基重復(fù)系列引物各2條。20條ISSR多態(tài)性引物在64個(gè)樣點(diǎn)的紫莖澤蘭中共擴(kuò)增出577個(gè)條帶，其中多態(tài)性條帶479個(gè)，占總條帶數(shù)的83％，說明入侵我國的紫莖澤蘭具有豐富的遺傳多樣性。不同類型的ISSR引物在紫莖澤蘭中的擴(kuò)增能力不同，5'錨定引物所擴(kuò)增的平均多態(tài)性條帶數(shù)少于3'錨定引物；二、三和四堿基重復(fù)系列引物在紫莖澤蘭中所產(chǎn)生的

4、平均條帶數(shù)分別為28、28和35；由含(AG)和(GA)系列引物產(chǎn)生的條帶數(shù)和多態(tài)性條帶數(shù)分別為251個(gè)和220個(gè)，各占其總數(shù)的43.5％和46％。 3.由于不同地區(qū)生態(tài)條件的差異，在不同氣候和生境長期作用下的紫莖澤蘭在核DNA水平上已形成了一定程度的遺傳分化。利用12條ISSR多態(tài)性引物在32個(gè)紫莖澤蘭地理種群的256個(gè)植株中共擴(kuò)增出446個(gè)條帶，其中多態(tài)性條帶占93.5％，99％的個(gè)體顯示了獨(dú)特的ISSR指紋圖譜。AMOVA

5、、Wright'sF-統(tǒng)計(jì)量、Shannon's指數(shù)、Nei's基因多樣性等分子生態(tài)統(tǒng)計(jì)參數(shù)均顯示入侵我國的紫莖澤蘭存在一定程度的遺傳分化，AMOVA分析中FST=0.3140，Wright'sF-統(tǒng)計(jì)量中GST=0.3453，Shannon's信息指數(shù)中Hpop=0.2330，Nei's基因多樣性指數(shù)中HE=0.1541。各種群的Nei's基因多樣性處于0.1244至0.2041之間，Shannon's信息指數(shù)在0.1873至0.30

6、86之間。種群水平和物種水平的平均Nei's基因多樣性分別為0.1541±0.0193和0.2354±0.0265，Shannon's信息指數(shù)分別為0.2330±0.0289和0.3716±0.2194。就地區(qū)水平而言，廣西的紫莖澤蘭種群遺傳變異最大，四川的種群遺傳變異最小。對上述32個(gè)紫莖澤蘭種群的葉綠體DNA多態(tài)性分析表明，入侵我國的紫莖澤蘭葉綠體DNA進(jìn)化速度非常緩慢。18對選擇的葉綠體DNAPCR擴(kuò)增引物中有14對在紫莖澤蘭中得

7、到有效擴(kuò)增，擴(kuò)增片段總長度達(dá)30.7Kb，分別用12個(gè)限制性內(nèi)切酶對這些片段進(jìn)行酶切后得到168個(gè)引物—酶切組合，這些組合在32個(gè)紫莖澤蘭種群中共檢測到752個(gè)酶切位點(diǎn)，對這些位點(diǎn)在256個(gè)紫莖澤蘭植株間的多態(tài)性研究表明，入侵我國的紫莖澤蘭葉綠體DNA進(jìn)化速度非常緩慢，各地理種群目前在葉綠體DNA水平上尚未檢測出分化現(xiàn)象。 4.不同環(huán)境條件引起的隔離是導(dǎo)致外來物種產(chǎn)生遺傳分化的主要原因，紫莖澤蘭的分子系統(tǒng)地理學(xué)分析表明：(1)我

8、國境內(nèi)的紫莖澤蘭遺傳多樣性呈現(xiàn)隨地理緯度由南到北而降低(R2=0.1311，P＜0.05)，隨著地理經(jīng)度由西到東而增加(R2=0.1677，P＜0.05)的趨勢；(2)不同海拔高度紫莖澤蘭種群的遺傳多樣性水平隨海拔的升高而降低(R2=0.135，p＜0.001)，各海拔區(qū)域種群的平均ISSR標(biāo)記Nei's基因多樣性和Shannon's指數(shù)均隨海拔升高而下降；(3)紫莖澤蘭種群遺傳多樣性與其生境地的年平均溫度高度相關(guān)(R2=0.2731，

9、p＜0.01)，但與年平均降雨量的相關(guān)性不明顯(R2=0.0749，p＞0.1)；(4)各紫莖澤蘭種群間的遺傳距離和地理距離之間高度相關(guān)(R2=0.2940，p＜0.001)，說明地理距離是影響種群間基因交流的重要因素。分層式分子變異來源分析(nestedAMOVA)表明，紫莖澤蘭的遺傳變異中僅有8.82％的變異存在于地區(qū)之間，22.60％的變異存在于地區(qū)內(nèi)種群之間，68.58％的變異存在于種群內(nèi)部；在種群間遺傳變異來源分析中，有30.

10、08％的變異來源于種群間，69.92％的變異來源于種群內(nèi)個(gè)體之間；地區(qū)間遺傳變異來源分析中，絕大部分(87.87％)的變異來源于地區(qū)內(nèi)部，而地區(qū)之間的變異僅占總體變異的12.13％。 5.紫莖澤蘭在我國分布的地理格局分析表明，處于熱帶、亞熱帶不同氣候區(qū)域的紫莖澤蘭在長期的進(jìn)化過程中形成了不同的地理種群格局，我國境內(nèi)的紫莖澤蘭基本可分為兩大亞群：第一亞群主要地處我國熱帶季雨林、雨林植被區(qū)域，包括云南南部的種群、廣西種群和貴州西部種

11、群；第二亞群則地處亞熱帶常綠闊葉林植被區(qū)域西部(半濕潤)常綠闊葉林亞區(qū)域，主要包括云南中、西部種群和四川種群及隨長江流域擴(kuò)散形成的種群。不同地形的氣候限制了紫莖澤蘭在地區(qū)間的基因交流。 6.入侵我國的紫莖澤蘭現(xiàn)實(shí)地理分布格局是其入侵?jǐn)U散歷史過程的反映，各紫莖澤蘭種群的系統(tǒng)聚類結(jié)果表明，紫莖澤蘭的地緣性分布較為明顯，地理區(qū)位接近的種群遺傳相似性較大。結(jié)合紫莖澤蘭的生物生態(tài)學(xué)特性及分布地的環(huán)境因子分析表明，紫莖澤蘭在中國的傳播擴(kuò)散主

12、要以風(fēng)力傳播種子為主，其次為隨流水傳播。本研究推測紫莖澤蘭的入侵路線為：該雜草首先從中—緬邊境傳入云南臨滄蒼源縣一帶后，隨西南風(fēng)逐漸向其東部和北部蔓延；向北部蔓延的種群到達(dá)云南省中西部地區(qū)，進(jìn)而向四川省南部的攀枝花一帶擴(kuò)散，然后一部分繼續(xù)向其北部的涼山州一帶蔓延，一部分則沿長江流域向宜賓一帶蔓延，并進(jìn)而沿江水?dāng)U散至重慶以及湖北省境內(nèi)；向東蔓延的種群首先擴(kuò)散至云南南部的思茅至西雙版納一帶，然后擴(kuò)散至云南東南部的文山、紅河以及廣西省百色一帶