東亞特有瀕危植物黃山梅的親緣地理學(xué)與群體遺傳學(xué)研究.pdf

1、中國(guó)-日本森林植物區(qū)系擁有世界上最豐富的溫帶成分，其物種多樣性形成機(jī)制一直是生態(tài)與進(jìn)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。盡管東亞地區(qū)在第三紀(jì)后期和整個(gè)第四紀(jì)沒(méi)有被大面積的山地冰川覆蓋，但氣候劇烈動(dòng)蕩引起的植被變遷對(duì)東亞動(dòng)植物的分布和遺傳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響。同時(shí)，伴隨氣候變化，海平面的升降導(dǎo)致陸橋的連接與隔離事件對(duì)物種的分化及在地區(qū)間的遷移產(chǎn)生了重要影響。本文以間斷分布于中國(guó)東部、日本西南部與韓國(guó)南部的瀕危植物黃山梅屬(Kirengeshoma)作為研

2、究對(duì)象，通過(guò)葉綠體片段的序列分析、核微衛(wèi)星標(biāo)記以及基于RAD標(biāo)簽測(cè)序技術(shù)的單核苷酸多態(tài)性分析方法，檢測(cè)了黃山梅屬植物的遺傳多樣性與群體遺傳結(jié)構(gòu)，分析了種間系統(tǒng)關(guān)系及分化模式，并探討了群體進(jìn)化與地質(zhì)歷史時(shí)期氣候、環(huán)境變遷的關(guān)系。同時(shí)，結(jié)合種群生態(tài)學(xué)調(diào)查資料，提出了就地和遷地保護(hù)的策略。研究結(jié)果為更好地揭示東亞植物物種多樣性形成機(jī)制
　　提供了案例。
　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 1.基于葉綠體DNA片段的種間分化

3、與群體譜系地理結(jié)構(gòu)
　　 通過(guò)葉綠體DNA(cpDNA)的6個(gè)片段(rbcL、marK、trnL-trnF、trnH-trnK、ndhF和atpB)的聯(lián)合分析，構(gòu)建了黃山梅屬的最大簡(jiǎn)約樹(shù)。結(jié)果支持形態(tài)學(xué)上將該屬劃分為中國(guó)、日本分布的黃山梅Kirengeshoma palmata和韓國(guó)分布的韓國(guó)黃山梅K.koreana。以多個(gè)化石校正點(diǎn)估算的黃山梅屬分化時(shí)間為4.87個(gè)百萬(wàn)年，表明了黃山梅屬的種間分化約為上新世晚期，而估算的種內(nèi)分

4、化時(shí)間為上新世中期。
　　 篩選了3對(duì)cpDNA的基因間隔區(qū)片段(trnL-trnF，psbA-trnH和trnS-trnG)，對(duì)黃山梅屬的8個(gè)群體(81個(gè)個(gè)體)進(jìn)行序列變異分析，共檢測(cè)出了17種單倍型。屬水平有很高的核苷酸多態(tài)性(πT=0.0039)與單倍型多樣性(hT=0.795)。NST(0.913)顯著大于其相應(yīng)的GST(0.697)，表明了現(xiàn)存的黃山梅屬群體存在明顯的譜系地理結(jié)構(gòu)。失配分布(Mismatch distr

5、ibution)分析表明，中國(guó)黃山梅群體在0.16個(gè)百萬(wàn)年時(shí)經(jīng)歷了明顯的擴(kuò)張事件。
　　 2.微衛(wèi)星多態(tài)性與群體遺傳結(jié)構(gòu)
　　 采用磁珠富集法開(kāi)發(fā)了12對(duì)具有多態(tài)性的黃山梅微衛(wèi)星引物，并進(jìn)行了群體掃描。結(jié)果顯示:每個(gè)位點(diǎn)的觀測(cè)等位基因數(shù)(NA）的平均值為4.6(2-8);觀測(cè)雜合度(HO)、期望雜合度（HE）和多態(tài)性信息含量(P(I)C)的平均值分別為0.497(0.091-0.909)，0.624(0.091-0.87

6、9)和0.548(0.083-0.809)。檢測(cè)到3個(gè)位點(diǎn)(Kp48、Kp51和Kp74)明顯地偏離哈溫平衡。所有位點(diǎn)均未檢測(cè)到連鎖不平衡。
　　 運(yùn)用12對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記分析了黃山梅核基因水平的遺傳多樣性和群體遺傳結(jié)構(gòu)，揭示了屬水平的遺傳多樣性較高(HE=0.613)。群體間的遺傳分化高(FST=0.189)?；ǚ哿髋c種子流的比值為10，表明了與花粉流相比，群體間的種子流受到極大的限制。2MOD結(jié)果分析顯示:與中國(guó)群體比較，日本的

7、黃山梅群體受到嚴(yán)重的遺傳漂變。
　　 3.基于RAD tag方法的單核苷酸群體多態(tài)性分析
　　 本研究首次利用RAD tag方法建立了適用于黃山梅單核苷酸群體多態(tài)性(SNP)檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)流程?；?6個(gè)個(gè)體的基因組，獲得了超過(guò)201百萬(wàn)條RADtag序列，平均每個(gè)個(gè)體的序列為6.4百萬(wàn)條。在最終矩陣中檢測(cè)到106，293個(gè)SNP，平均深度為6.7x。
　　 基于SNPs數(shù)據(jù)，構(gòu)建了黃山梅屬系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。該系統(tǒng)樹(shù)的拓?fù)?/p>

8、結(jié)構(gòu)與6個(gè)葉綠體片段聯(lián)合分析的結(jié)果一致，支持屬下兩個(gè)形態(tài)學(xué)種的劃分。在中國(guó)、日本支系內(nèi)，進(jìn)一步支持地區(qū)間的基因型互為單系類群。表明了該方法適用于非模式物種的系統(tǒng)進(jìn)化與親緣地理學(xué)研究。
　　 結(jié)合上述分析，我們得到以下的結(jié)論:繡球花科黃山梅屬下存在兩個(gè)獨(dú)立的種(K.palmata vs.K.koreana)。K.palmata（中國(guó)、日本）與K.koreana（韓國(guó)）之間的分化時(shí)間為上新世早期，種的分化與存在于日本和韓國(guó)之間的對(duì)馬

9、島海峽開(kāi)關(guān)閉合相關(guān)。黃山梅種下地區(qū)分化與更新世早期氣候的動(dòng)蕩有關(guān)。中國(guó)天目群體由于季風(fēng)的原因與中國(guó)其他群體（龍?zhí)辽健⑶鍥龇迮c黃山）在更新世中期分化。不同地區(qū)黃山梅群體的親緣地理學(xué)研究表明:中國(guó)地區(qū)的黃山梅群體在更新世晚期經(jīng)歷了擴(kuò)張事件，而日本地區(qū)的黃山梅群體經(jīng)歷了更為嚴(yán)重的遺傳漂變。該結(jié)果不僅表明第四紀(jì)的氣候變遷與古老的地質(zhì)歷史與氣候事件促進(jìn)了異域物種形成，影響群體地理分布于遺傳結(jié)構(gòu)的主要因素，而且反映了東亞異域物種形成與物種多樣性機(jī)制