東亞特有瀕危植物黃山梅的親緣地理學與群體遺傳學研究.pdf

1、中國-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制一直是生態(tài)與進化領(lǐng)域研究的熱點問題。盡管東亞地區(qū)在第三紀后期和整個第四紀沒有被大面積的山地冰川覆蓋，但氣候劇烈動蕩引起的植被變遷對東亞動植物的分布和遺傳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響。同時，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東部、日本西南部與韓國南部的瀕危植物黃山梅屬(Kirengeshoma)作為研

2、究對象，通過葉綠體片段的序列分析、核微衛(wèi)星標記以及基于RAD標簽測序技術(shù)的單核苷酸多態(tài)性分析方法，檢測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，并探討了群體進化與地質(zhì)歷史時期氣候、環(huán)境變遷的關(guān)系。同時，結(jié)合種群生態(tài)學調(diào)查資料，提出了就地和遷地保護的策略。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)
　　 通過葉綠體DNA(cpDNA)的6個片段(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約樹。結(jié)果支持形態(tài)學上將該屬劃分為中國、日本分布的黃山梅Kirengeshoma palmata和韓國分布的韓國黃山梅K.koreana。以多個化石校正點估算的黃山梅屬分化時間為4.87個百萬年，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、化時間為上新世中期。
　　 篩選了3對cpDNA的基因間隔區(qū)片段(trnL-trnF，psbA-trnH和trnS-trnG)，對黃山梅屬的8個群體(81個個體)進行序列變異分析，共檢測出了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，中國黃山梅群體在0.16個百萬年時經(jīng)歷了明顯的擴張事件。
　　 2.微衛(wèi)星多態(tài)性與群體遺傳結(jié)構(gòu)
　　 采用磁珠富集法開發(fā)了12對具有多態(tài)性的黃山梅微衛(wèi)星引物，并進行了群體掃描。結(jié)果顯示:每個位點的觀測等位基因數(shù)(NA）的平均值為4.6(2-8);觀測雜合度(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)。檢測到3個位點(Kp48、Kp51和Kp74)明顯地偏離哈溫平衡。所有位點均未檢測到連鎖不平衡。
　　 運用12對微衛(wèi)星標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:與中國群體比較，日本的

7、黃山梅群體受到嚴重的遺傳漂變。
　　 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)檢測的實驗流程。基于26個個體的基因組，獲得了超過201百萬條RADtag序列，平均每個個體的序列為6.4百萬條。在最終矩陣中檢測到106，293個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。該系統(tǒng)樹的拓撲

8、結(jié)構(gòu)與6個葉綠體片段聯(lián)合分析的結(jié)果一致，支持屬下兩個形態(tài)學種的劃分。在中國、日本支系內(nèi)，進一步支持地區(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)進化與親緣地理學研究。
　　 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獨立的種(K.palmata vs.K.koreana)。K.palmata（中國、日本）與K.koreana（韓國）之間的分化時間為上新世早期，種的分化與存在于日本和韓國之間的對馬

9、島海峽開關(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蕩有關(guān)。中國天目群體由于季風的原因與中國其他群體（龍?zhí)辽?、清涼峰與黃山）在更新世中期分化。不同地區(qū)黃山梅群體的親緣地理學研究表明:中國地區(qū)的黃山梅群體在更新世晚期經(jīng)歷了擴張事件，而日本地區(qū)的黃山梅群體經(jīng)歷了更為嚴重的遺傳漂變。該結(jié)果不僅表明第四紀的氣候變遷與古老的地質(zhì)歷史與氣候事件促進了異域物種形成，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制