柑橘亞科植物系統(tǒng)發(fā)育基因組學及野生枸櫞、宜昌橙譜系地理學研究.pdf

1、中國是世界果樹最重要的發(fā)源地之一，同時也是柑橘類植物的起源中心之一。柑橘亞科(Aurantioideae)屬于蕓香科(Rutaceae)，包含黃皮族(Clauseneae)和柑橘族（Citreae），約33屬203個種及33個變種。在過去的2個多世紀里，國內(nèi)外學者都致力于柑橘亞科植物的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系研究，但柑橘亞科植物間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系依然無法定論，尤其是柑橘屬(Citrus)植物分類與雜種柑橘起源備受爭議。中國西南及中西部地區(qū)深山峽谷中蘊藏

2、著許多柑橘屬及近緣屬野生種質(zhì)資源，野生枸櫞（Citrus medica）與宜昌橙（Citrus ichangensis）以群落的形式分布在這些區(qū)域，但對野生柑橘種質(zhì)分布狀態(tài)、遺傳多樣性，群體結(jié)構(gòu)及演化歷史卻知之甚少。
　　本研究以野生枸櫞與宜昌橙為材料，采用nSSR標記、核基因組單拷貝基因序列(Single-Copy Gene，SCG)與cpSSR標記、葉綠體基因序列方法，系統(tǒng)地分析了野生枸櫞、宜昌橙遺傳多樣性與群體結(jié)構(gòu)，并推導了

3、宜昌橙種群演化歷史。基于全基因組重測序技術(shù)，從葉綠體基因組與核基因組水平，重塑了柑橘亞科植物的系統(tǒng)分類。主要研究結(jié)果如下:
　　1.枸櫞類植物遺傳多樣性與系統(tǒng)進化分析
　　野生、半野生枸櫞（Citrus medica）種質(zhì)資源主要分布于中國西南地區(qū)。應(yīng)用77對nSSR標記可以明確區(qū)分56份枸櫞類植物，這些nSSR標記在枸櫞種質(zhì)中共擴增到387個等位譜帶，每個位點等位譜帶為2到12個不等。枸櫞群體期望雜合度和觀察雜合度分別為0

4、.36和0.49。核基因聚類分析與主成分分析結(jié)果較一致，對枸櫞及近緣種有很好的區(qū)分度。群體結(jié)構(gòu)分析表明，枸櫞主要可以分為兩個類群，分別是西藏與云南種群，群體結(jié)構(gòu)與地理分布較吻合。枸櫞與佛手(Citrus medica var.sarcodactylis)起源于共同祖先，佛手與起源于西藏地區(qū)的枸櫞親緣關(guān)系較近。系統(tǒng)進化分析表明枸櫞形成單系分支，完全不同于橘（Citrus reticulata）與柚（Citrusgrandis）。枸櫞作為父

5、本參與了雜種柑橘檸檬（Citrus limon）、萊檬（Citrusaurantifolia）、藜檬（Citrus limonia）的起源。
　　2.宜昌橙群體遺傳結(jié)構(gòu)與演化歷史分析
　　野生宜昌橙分布于中國西南及中西部地區(qū)。應(yīng)用15對cpSSR分子標記在16個宜昌橙種群231個單株個體中，共檢測到47個葉綠體單體型。每個群體的單體型數(shù)目1到9個不等，僅有三個種群不存在私有單體型，其他群體均存在私有單體型。葉綠體單體型分布與

6、地理結(jié)構(gòu)存在關(guān)聯(lián)。66對nSSR標記在宜昌橙群體中共擴增出338個等位譜帶，平均每個位點存在5.121個等位譜帶，有效等位譜帶為1.703個。不同群體平均期望雜合度與觀測雜合度分別為0.313和0.267。群體結(jié)構(gòu)、主成分與鄰近樹分析均表明宜昌橙種群可以劃分為3個亞群，群體結(jié)構(gòu)與地理分布較為吻合，中心種群分布在大巴山脈與武陵山脈潛在冰川遺跡地區(qū)，另兩個群體分布范圍較為局限。AMOVA分析表明宜昌橙群體差異主要存在群體內(nèi)部(Fst=44.

7、14％; Rst=46.26％)和不同亞群之間(Fst=44.89％; Rst=43.56％)。應(yīng)用9個單拷貝核基因?qū)?6個群體88份宜昌橙單株進行中性檢測，多個群體平均Tajima'sD和D* and F* of Fuand Li值為負值，表明多數(shù)宜昌橙群體演化過程中種群數(shù)目有所增加，也有可能經(jīng)歷了凈化選擇。宜昌橙三個亞群之間存在不對稱基因漂流，群體之間的遺傳差異與種群遺傳距離成正相關(guān)。高山峽谷與長江作為自然屏障阻礙了不同亞群之間的基

8、因交流，促進了宜昌橙群體分化。有限的基因漂流、瓶頸效應(yīng)與遺傳漂變綜合作用，促使群體間遺傳差異不斷增加，進而導致了宜昌橙現(xiàn)有的群體結(jié)構(gòu)與分布模式。
　　3.柑橘亞科植物系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系
　　基于73份柑橘亞科植物全基因組重測序數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建葉綠體與核基因組基因樹，核基因組物種樹。葉綠體系統(tǒng)發(fā)育樹與核基因系統(tǒng)發(fā)育樹可以明顯區(qū)分黃皮族與柑橘族植物。辣密柑亞族（Triphasiinae）植物是柑橘族中最原始類型，酒餅勒屬(Atalant

9、ia)屬于近似柑橘組植物，而非洲櫻橘屬（Citropsis）屬于原始柑橘組植物。真正柑橘類植物分為6個屬，枳屬（Poncirus）、金柑屬（Fortunella）、澳沙檬屬（Eremocitrus）、多蕊橘屬（Clymenia）、澳指檬屬（Microcitrus）與柑橘屬。
　　柑橘屬分為柑橘亞屬與大翼橙亞屬，柑橘亞屬擁有5個種，分別是橘、柚、枸櫞、宜昌橙與莽山野柑(Citrus nobilis)。雜種柑橘主要是由幾個基本種之間相

10、互雜交而來。雜種柑橘中，萊檬是由小花大翼橙（Citrus micrantha）或馬蜂柑（Citrus hytrix）與枸櫞雜交而來，前者作母本后者作父本;藜檬是由橘與枸櫞雜交而來，橘作母本枸櫞作父本;印度野橘（Citrus indica）不具有種的地位，其是由枸櫞作母本，橘作父本雜交而來;檸檬是由酸橙(Citrus aurantium)作母本，枸櫞作父本雜交而來;葡萄柚（Citrus paradisi）是雜種起源，母本是柚類，而父本是甜

11、橙（Citrus sinensis）。香橙（Citrus junos）是由甜橙作母本，宜昌橙作父本雜交而來。
　　分子鐘研究表明，柑橘族與黃皮族約在24.96百萬年前發(fā)生分化。辣蜜柑亞族與;柑橘亞族及膠柑亞族分化時間約在22.01百萬年前。柑橘族真正柑橘組植物與膠柑亞族及柑橘族原始柑橘組、近似柑橘組植物約在19.21百萬年前發(fā)生分化。酒餅勒屬植物約在10.04百萬年與柑果子屬植物發(fā)生分化產(chǎn)生。真正柑橘組中，枳屬約在14.19百萬年