柑橘及其近缘属植物的分子进化与栽培柑橘的起源研究

摘要

柑橘是世界上最重要的经济作物之一,广泛栽培在热带和亚热带地区。柑橘属(Citrus L.)属于芸香科(Rutaceae)柑橘亚科(Aurantioideae)植物。自林奈1753年确立柑橘属以来,在过去250余年的时间里,国内外学者从形态到分子对柑橘属植物的分类和进化问题开展了一系列研究。然而,柑橘及其近缘属植物间的系统进化关系仍未解决,柑橘属植物中真正原始野生类型的种类及数目仍无定论,主要原始野生种类间的系统进化关系仍模糊不清,柑橘属植物系统进化的基本框架仍有待建立。由于种属间易于杂交、高频率芽变和栽培历史悠久等因素,柑橘属植物的分类、进化和重要栽培(杂)种的起源等问题仍待解决。
　　 本研究以柑橘属及其近缘属植物为材料,采用AFLP(Ampiified Fragment LengthPolymorphism)分子标记、叶绿体片段序列和核基因ITS(Internal transcribed spacer)序列分析方法,研究了柑桔属及其近缘属植物间的系统进化关系、柑橘属植物原始野生类型间系统进化的基本框架以及重要栽培柑橘类型的起源。有关重要研究结果如下:
　　 1.以九里香、蚝壳刺和酒饼簕为外类群,分别分析柑橘属及其近缘属59份材料和25份非杂种材料的叶绿体片段(psbH-petB,trnL-trnF和trnS-trnG)序列、AFLP分子标记和核基因ITS序列,重建真正柑橘果树类(the true citrus fruit trees group)六属植物间的系统进化关系。综合我们的研究,结果表明:真正柑橘果树类是个单系类群,枳属首先从真正柑橘果树类六属中分离出来,澳指檬属(Microcitrus Swingle)、澳沙檬属(Eremocitrus Swingle)和多蕊橘属(Clymenia Swingle)可能来自一个共同的祖先,其中澳指檬属和澳沙檬属关系更近,金柑属(Fortunella Swingle)与柑橘属关系紧密。另外,cpDNA数据显示澳指檬属、澳沙檬属、多蕊橘属可能与柑橘属中的枸橼(Citrus medica L.)有较近的亲缘关系。AFLP聚类分析显示澳指檬属、澳沙檬属、多蕊橘属远离柑橘属。ITS聚类分析表明金柑属与柑橘属中的宽皮柑橘关系更近。cpDNA和ITS数据的聚类分析表明澳指檬属中的澳指檬(M.australasica)可能是杂种起源,大翼橙可能是其亲本之一。
　　 2.以枳属为外类群,分别分析柑橘属植物47份材料、17份非杂种材料[包含宜昌橙(C.ichangensis Swingle)]和15份非杂种材料(不包含宜昌橙)的叶绿体片段序列、AFLP分子标记和核基因ITS序列,构建柑橘属植物原始野生类型间系统进化的基本框架。结果表明:所有数据都支持柑橘属是个单系类群,柑橘属植物中的四个基本类型枸橼(C.medica)、柚(C.grandis)、宽皮柑橘(C.reticulata)和大翼橙(Papeda)均为单系起源。另外,cpDNA数据显示大翼橙和柚关系比较紧密,枸橼、宜昌橙和宽皮柑橘关系较近。AFLP聚类分析表明宜昌橙与宽皮柑橘和柚关系最近,宽皮柑橘与柚关系紧密,大翼橙与宽皮柑橘关系较远,枸橼与宜昌橙、宽皮柑橘、柚、大翼橙四个类型所聚分支形成姊妹关系。ITS数据及合并数据均显示枸橼、柚和大翼橙关系较近,它们一起与宽皮柑橘形成姊妹关系,其中柚与大翼橙的关系最近。
　　 3.以枳属为外类群,分析柑橘属植物27份材料的叶绿体片段序列、AFLP分子标记和核基因ITS序列,确定重要栽培柑橘类型的起源。cpDNA数据表明甜橙(C.sinensis)、酸橙(C.aurantium)和葡萄柚(C.paradisi)的母本是柚,大翼橙是墨西哥莱檬(C.aurantifolia‘Mexican’)的母本,粗柠檬(C.jambhiri)、兰卜莱檬(C.limonia‘Rangpur’)、广西土藜檬(C.limonia‘Guangxi’)的母本可能是宽皮柑橘,费米耐劳(C.limon‘Femminello’)、尤力克(C.limon‘Eureka’)和巴柑檬(C.bergamia)的母本可能是酸橙代代(C.aurantium‘Daidai’)。AFLP聚类分析显示宽皮柑橘是葡萄柚、甜橙和酸橙的一个亲本,粗柠檬可能是兰卜莱檬和广西土藜檬的亲本,枸橼可能是墨西哥莱檬、巴柑檬和柠檬(C.limon)的一个亲本。ITS数据表明甜橙和酸橙是由柚和宽皮柑橘杂交而来,甜橙是葡萄柚的一个亲本,酸橙是尤力克的一个亲本,枸橼是费米耐劳、巴柑檬、粗柠檬、兰卜莱檬和广西土藜橡的一个亲本,对于墨西哥莱檬我们的分子数据显示大翼橙和枸橼分别是它的两个亲本,橘可能参与了粗柠檬、巴柑檬、柠檬和莱檬的起源。

目录

文摘

英文文摘

基金项目

第1章 文献综述

1.1 真正柑橘果树类植物的种系发生关系与柑橘属植物的祖先

1.2 柑橘属植物的现代分布及其起源中心

1.3 柑橘属植物的分类与进化研究

1.4 栽培柑橘的起源问题

第2章 引言

2.1 研究的目的和意义

2.2 研究的主要内容

2.3 主要研究方法

第3章 真正柑橘果树类的分子系统进化关系

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

3.4 小结

第4章 柑橘属植物的系统进化框架

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

4.4 小结

第5章 重要栽培柑橘的起源研究

5.1 材料与方法

5.2 结果与分析

5.3 讨论

5.4 小结

第6章 结论与创新点

6.1 柑橘属及其近缘属之间的系统进化关系

6.2 柑橘属的系统进化框架

6.3 重要柑橘栽培类型的起源

6.4 本文创新点

参考文献

附录一 药品的配置

附录二 主要缩略词

致谢

发表论文及参加课题